这款可能造福人类的黑科技,其灵感竟来自于蔬菜|海外黑科技

创业邦传媒

发布时间:07-2112:24

《海外黑科技》是创业邦推出的海外系列栏目,带你领略海外最新的技术、最酷的产品、最有趣的应用,这第47篇报道,作者Bonnie。

你很难想象,接下来你看到的这个有可能会造福人类的黑技术,其灵感居然来自于我们日常所吃的一种蔬菜。

众所周知,黄瓜的植株在进行生长的时候,会长出一种紧紧缠绕住周围任何物体的卷须,这种卷须能够支持植株不断向上生长。而向上生长可以保证植物接受尽可能多的阳光照射,从而促进光合作用。

就是这样一种很普遍的现象,被麻省理工学院的研究人员变成了黑科技。

这种黑科技可以模仿黄瓜植株的这种卷曲和拉伸机制,进而做出了可以用在机器人、假肢等机械,或是运用在生物医学领域的人造肌肉收缩纤维。

是的,你可能会说人造肌肉已经很成熟,而且已经拥有领先的技术,如液态系统、伺服电动机、形状记忆金属和对刺激作出反应的聚合物等等。

但你不得不承认,这些技术都有着各自的局限性,包括重量过高或响应时间过慢等等。

相比之下,麻省理工学院的这种全新的基于纤维的系统却非常轻便,并且可以快速地针对指令做出反应。

近日,著名杂志《科学(Science)》对这一发明进行了报道。不仅如此,美国国家神经疾病和中风研究所,以及美国国家科学基金会也为这个项目的研究提供了支持。

这种新纤维的开发者们使用了纤维拉伸技术,将两种不同的聚合物结合成了一股纤维。

这个过程的关键点,在于如何将两种具有完全不同的热膨胀系数的材料进行配对,让它们结合在一起。这和许多恒温器所运用的原理相同,例如使用双金属条作为测量温度的一种方法,当连接在一起的两种材料受热时,膨胀速度更快的一方被另一种材料所阻挡,结果就是,两种材料卷曲在一起:膨胀较快的材料向膨胀较慢的材料一侧弯曲。

通过将两种不同的聚合物结合在一起,研究人员作出了一种延展性非常强的环状共聚物弹性体(cyclic copolymer elastomer)和一种韧度更高的热塑性聚乙烯(thermoplastic polyethylene)。他们所作出的这种纤维,当被拉伸到其原始长度的数倍之后,它会自然形成紧密的卷曲,与黄瓜所长出来的那种卷须非常相似。

应用场景

这种人造肌肉纤维可以用在机器人的手臂、腿部,抓爪或是被用在假肢的致动器当中。在实际运用中,这种人造肌肉纤维在轻便程度和响应速度方面与当前所使用的技术相比有着非常明显的优势。

当前残疾人群所使用的假肢,其最高重量可达到30磅(约合13.6公斤),如此高的重量给佩戴者的日常使用带来了诸多不便。在假肢中,大部分重量都来自于致动器,当前致动器通常使用的都是气动原理或是液动远离;如果能够降低致动器的重量,假肢的重量也会大大降低,从而给佩戴者的使用提供更大的方便。

作为研究员之一的Anikeeva说到:“这种人造肌肉纤维也有可能会被用在小型生物医学设备上,例如医疗机器人,它可以被医护人员事先植入到患者的动脉中,然后通过激活来工作。我们可以在几十毫秒到数秒的时间里对它进行激活,具体的激活时间取决于设备的大小。”

如果想要让这种纤维拥有更大的强度,从而应付更大的负载,研究人员也可以将多股纤维捆绑在一起,就像人类肌肉纤维在身体中也会捆绑在一起一样。此前,该团队成功对100根人造肌肉纤维进行了捆绑测试。

在纤维的拉伸过程中,研究人员还能够将传感器安放在纤维之中,这些传感器可以做出实时反馈,让研究人员判定当前的状态与所遇到的情况。rgü表示,带有闭环反馈机制的捆绑肌肉纤维,可以运用在需要自动化和精确控制的机器人系统中。

另一位研究人员则表示,这种人造肌肉纤维材料的潜在运用场景可能会无限多,因为几乎任何两种具有不同热膨胀塑料的材料都可以被组合在一起,这给他们留下了很大的探索空间,让他们对尽可能多的材料进行测试。他还说到,这个发现就像打开了一扇窗户,然后发现外面还有“许多其他的窗户”等待被打开。

该团队认为“这项工作的力量,来源于它的简单性。”

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