人工肌肉（Artificial muscles）是一种收缩和伸展特性类似于人体肌肉纤维的材料，广泛应用于机器人领域、汽车和航空工业零部件等。

　　近日，麻省理工学院（MIT）的研究人员研发出一套迄今为止最简单、成本最低的“人工肌肉”材料系统，这种材料模拟了天然肌肉组织表现出的一些弯曲运动特性，其关键成分不仅便宜并且十分常见——即普通的尼龙纤维。

　　该研究结果发表于国际期刊《先进材料》（Advanced Materials），论文作者包括麻省理工学院机械工程系教授伊恩·亨特（ Ian Hunter）、博士生赛义德（Seyed Mirvakili）等，论文主要描述了研究者如何采用特殊的成形和加热方法处理尼龙这种基本合成纤维材料，使其具备模拟天然肌肉组织弯曲运动特性的性能。

　　在此之前，其他研究者提出利用扭曲尼龙线圈来模拟天然那肌肉的基本线性运动特性，结果表明：对于给定的尺寸和重量，这样尼龙纤维结构相比于天然肌肉伸展和收缩程度更大，并且能够储存和释放更多的能量。然而，对于类似于人类手指和四肢的弯曲运动，结果却难以实现，并且一直没有研发出简单、低成本的制造系统。

　　当然，目前还有其他可用于模拟天然肌肉弯曲运动的材料，应用于一些生物医学装置或触摸屏显示器。然而，这些倾向于使用“外加材料”（exotic materials）实现模拟天然肌肉的方法都非常昂贵、并且难以制作，Mirvakili说。

　　例如，碳纳米管（CNT）纱线确实能够提高使用寿命（超过一百万个线性收缩循环），但是对于广泛使用仍然太昂贵；又如，开奖，形状记忆合金（SMA）虽然能够提供强劲的收缩力，但是却具有较差的循环寿命（少于1000个线性收缩循环）。

　　便宜、简单又好用

　　相比之下，MIT新型尼龙材料“人工肌肉”仅使用便宜的材料和简单的制造工艺，就能表现出极好的循环寿命。其中，“秘制配方”在于如何进行尼龙纤维的成形。

　　很多聚合物纤维材料（包括高度定向排列性尼龙）都具有一个非比寻常的性能：加热时，纤维长度收缩而直径膨大。这个属性常被用来制造一些线性致动器，但是，将线性收缩运动转化为弯曲晕的则需要诸如滑轮和卷带盘的机构。如此一来，j2直播，系统增加了额外的尺寸、复杂性和成本。MIT团队的创新在于直接利用纤维的运动，而不需要额外的机械部件。

　　然而，这种材料制成的线性致动器有一个局限性：加热触发其收缩之后，纤维本身需要一定的时间冷却下来。“冷却速度是一个限制因素，但我意识到可以反过来将劣势变为优势。”Mirvakili说。通过选择性地加热尼龙纤维的单侧，会使该侧收缩的速度比热量传递到另一侧的速度快，因此可以产生弯曲运动。通过这些性能的组合，能够同时获得高应变（指收缩运动）和低导热性。

　　为了使这种尼龙纤维系统更有效地作为“人工肌肉”工作，纤维的横截面必须要谨慎的成形。MIT研究团队最初使用普通的尼龙钓鱼线，压缩使其横截面从圆形变为矩形或正方形。

　　然后，选择性地加热纤维的一侧导致其在该方向上弯曲。此外，改变加热的方向也可以产生更复杂的运动。据称，MIT研究团队在实验室测试中，使用这种加热技术使“人工肌肉”以圆形和“8” 字形轨迹移动，并且很容易实现其他更复杂的运动模式。

　　其中，各种热源都适宜该系统，包括电阻加热、化学反应或激光照射灯丝等。例如，研究人员使用特殊的导电涂料涂覆在纤维上并通过树脂粘合剂固定在合适位置，当对导电材料施加电压时，则选择性地加热纤维涂覆导电涂料的部分，实现特定的弯曲运动。

　　循环寿命长

　　研究表明，该“人工肌肉”材料在至少100,000个弯曲循环之仍然保持其良好的性能，并且能以每秒至少17个循环的速度弯曲和收缩。

　　据亨特称，这种纤维还可以应用于服装材料，根据个体身材轮廓进行特定的贴服和收缩，这将大大减少服装制造商需要生产不同尺寸服装的数量，同时改善舒适性和贴合性。或者，这种纤维还可以用在鞋子中，那么穿鞋时、或者在每个步幅期间，材料都可以调整其刚度和形状，达到最佳贴合状态。