近日，林雪平大學(xué)的研究人員通過開發(fā)一種依靠葡萄糖和氧氣來驅(qū)動的人造肌肉，模仿機器人和生物體之間的界線。新的塑料肌肉由一種特殊的聚合物制成，開啟了植入式人造肌肉和微型機器人的希望。
近年來，假肢的研發(fā)已經(jīng)取得了很大的進步，但是用人造肌肉（而不是整個肢體）替換受損肌肉的前景是有趣的。不幸的是，立即呈現(xiàn)的一個重要問題是如何為這些設(shè)備供電？
實現(xiàn)這一目標的一種方法是用更接近模仿身體自身自然過程的傳統(tǒng)致動器取代傳統(tǒng)的執(zhí)行器，這樣機器人肌肉就會“替換”它所取代的那個。為實現(xiàn)這一目標，由林雪平大學(xué)物理、化學(xué)和生物學(xué)系傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)高級講師Edwin Jager領(lǐng)導(dǎo)的團隊轉(zhuǎn)向由聚吡咯制成的“聚合物致動器”制成的人造肌肉。
聚吡咯因其高導(dǎo)電性而著稱。它主要用于電子設(shè)備和傳感器，并在受到電流時改變其體積。
為了制造人造肌肉，研究人員將聚合物分成兩層，兩層之間有一層薄膜。當在一側(cè)產(chǎn)生電荷時，聚合物中的離子被排出膜并且片材收縮。同時，另一側(cè)的片吸收電子并膨脹。這使得整個事物像收縮的肌肉一樣彎曲。
根據(jù)林雪平大學(xué)科研團隊的說法，這種電荷可以通過電池施加，但它也可以通過用增強反應(yīng)的酶摻雜聚合物從葡萄糖和氧氣中獲得。“這些酶以與體內(nèi)相同的方式轉(zhuǎn)化葡萄糖和氧氣，產(chǎn)生在電活性聚合物制成的人造肌肉中運動所需的電子，”Jager說道。“不需要電壓源：只需將執(zhí)行器浸入水中的葡萄糖溶液即可。”
研究人員已經(jīng)證明了這個原理，下一步就是控制反應(yīng)，看看它是否可以通過許多重復(fù)循環(huán)來維持。他們的目標是最終模仿活體肌肉，并將其應(yīng)用于微型機器人。
“葡萄糖可用于身體的所有器官，它是一種有用的物質(zhì)，”Jager表示。“但是可以切換到其他酶，這將使得執(zhí)行器能夠用于例如用于湖泊中環(huán)境監(jiān)測的自動微型機器人。我們在這里所取得的進步使得可以用來自自然環(huán)境物質(zhì)的能量為執(zhí)行器提供動力。”
該研究發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901677
