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技术论文塑料
由尼龙和PE钓线制成的人造肌肉比实际肌肉强100倍

由尼龙和PE钓线制成的人造肌肉比实际肌肉强100倍

一支国际团队揭露了不起眼的缝纫线和钓鱼线的隐藏超级大国。将尼龙和聚乙烯扭曲成线圈,制作人造肌肉,比相同长度和重量的人类肌肉重100倍以上。得克萨斯大学达拉斯分校的雷·鲍曼(Ray Baughman)说,他们可以在许多用途中取代许多用途,尤其是机器人技术,并启用新技术,例如智能服装。他也很兴奋的是,这些线的使用费用仅为5美元/千克。他告诉化学世界
该团队以前用扭曲的碳纳米管纱制作人造肌肉当电荷通过它们时,这扩大或收缩。但是他们的纱线很昂贵,只能做小肌肉。更糟糕的是,扭曲的肌肉反应比未缠绕的纱线更有强大的反应,但他们不知道为什么。相比之下,尼龙和聚乙烯的研究便宜。在线程中,这些聚合物链纵向对齐,并在加热时朝这个方向收缩,同时还侧向扩展。在盘绕的线程中,这两个不同的响应驱动了扭曲动作,使他们以前未实现的力量。Baughman将其与金属弹簧的移动方式进行了比较,其电线在拉伸或压缩时扭曲,仅在聚合物线圈中,运动是温度驱动的。这些线圈会根据旋转的方向扩展或收缩。研究人员所产生的许多肌肉包括硅管中的四条扭曲的聚乙烯钓鱼线。在管下泵送交替的冷水和冷水升高,每秒两次降低7.2千克的重量。这表明这些纤维避免了竞争对手人造肌肉候选物中看到的磁滞劣势,塑造了记忆合金,这会在运动前延迟。 As per Baughman, shape memory alloys also cost around £3000/kg, and are harder to scale-up. ‘We’ve gone up to 1mm diameter,’ he says. ‘The smallest is 25µm, but there’s no reason why we can’t go to 1cm diameter muscle and have the same contraction energy per unit volume.’ J Rossiter. a biomimetics and robotics researcher at the University of Bristol, UK, says that the resulting versatility to generate large strains or stress is ‘very important’. He also applauds the ability they’ve shown to operate robustly over millions of cycles. ‘I expect this to lead to practical artificial muscles in a relatively short time, even within five years,’ he says. ‘The challenge lies in control of thermal energy into and out of the material.’

来自意大利比萨大学的丹尼·德罗西(Danni de Rossi)于1999年与鲍曼(Baughman)合作从事纳米管的人造肌肉,对纤维的潜力更加谨慎。他建议,由加利福尼亚州的SRI International商业化的电活性弹性弹性人造肌肉比热响应性的肌肉更有可能成功。他问:“这是极好的优化,但是行业使用了多少热激活开关?”“几乎为零。”但是该团队已经利用了他们的肌肉的温度反应,以取代打开和关闭窗户以调节建筑气候的电动机。他们还从他们那里编织了原型纺织品,可以在温暖时使更多的空气通过衣服。鲍曼还希望他们可以帮助老年人轻巧的外骨骼,以扩大弱势运动或伴侣机器人。借助我们的小直径聚合物肌肉,您可以在面部表情中将任意数量的数量放在想要的情况下。’

SRI已获得一种薄而灵活的智能材料,称为“人造肌肉”,因为它的行为就像人类的肌肉。人造肌肉可从SRI获得各种应用领域的许可,使用了一种称为电活性聚合物的突破性技术。当电流暴露于电流时,该材料会在卸下电流时膨胀,并将电势能量转换为机械运动。人造肌肉有可能从根本上转移许多类型的工业,医疗,消费者,汽车和航空航天产品的方式。它比典型的基于电磁的技术具有显着优势,因为它更轻,更小,更安静,更便宜。它还提供了更可控制和灵活的配置。人造肌肉可实现多种应用,包括触觉显示,以改善人类计算机的互动,自适应光学器件,平坦的保形扬声器以及可能具有可植入的活性医学假肢。该技术还证明了对各种执行器和电力发电应用的希望。由于其固有的肌肉样特征,SRI的人造肌肉可以使机器人模仿人类的敏捷性和流动性。它提供的性能特征类似于天然肌肉的特征,例如高应变,高峰值功率和高依从性。 In addition to acting as a muscle-like actuator, artificial muscle can operate in reverse and generate power from being stretched and contracted. Compared to many other smart material technologies, the polymer materials used in artificial muscle are relatively inexpensive. Their high compliance allows artificial muscle to easily interface with human or other environmental sources of motion. Combined with its high energy output, these features make it attractive for a variety of energy harvesting applications, such as capturing the energy of ocean waves. In 2008, SRI first demonstrated a wave-powered generator that converts energy from ocean waves to electrical energy. In 2005, SRI spun off Artificial Muscle Inc. (AMI), to further develop the technology and introduce products based on EPAM. In 2010, AMI became a subsidiary of Bayer MaterialScience LLC.

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