<轉帖>人造肌肉

人造肌肉具備人類肌肉的功能。在人造肌肉中，一根直徑為0．25毫米的管狀導電塑膠可承重20克，相同的體積，人造肌肉比人體肌肉的力量強壯10倍。

上個世紀80年代，科學家發現，非金屬材料能在電流的作用下運動，於是開始構想人造肌肉。作為人造肌肉的先驅者，美國航空航太局的科學家約瑟夫·巴·考恩用自己的研究成果證明，透過電流刺激，可使高分子材料自動伸縮和彎曲，研製出具有與人類肌肉相同機能的人造肌肉。
簡單地說，人造肌肉由粘合性塑膠材料製成，是把管狀導電塑膠集束成肌肉一樣的複合體，在管內注入特殊液體，導電性高分子在溶液中釋放出離子，在電流的刺激下完成伸縮動作。透過控制電流強弱調整離子的數量，可以有效改變人造肌肉的伸縮性。相反，透過改變複合體的形狀也可以產生電。
現在一般的驅動機制大多是電動馬達，但馬達在許多應用都顯著太大太重了，一般的取代機制是壓電材料，但對於致動器而言，壓電材料只能伸縮其總長度的百分之零點幾，對於致動器的要求仍然不足。
後來研發團體找到了一種聚合物，這個裝置基本上是一種橡皮電容器，在介電彈性薄膜兩側塗上混有導電顆粒的軟性聚合材料，以電線連接電源後，介電彈性體可以膨脹為原來的4倍，稱為人工肌肉電流驅動聚合物EAP。
現在發展中通電後會改變形狀的聚合物可分為兩類：離子式及電子式的，它們各有互補的優缺點。離子式的EAP運用的是電化學的基本性質—帶電離子的移動或擴散。它們包括離子聚合物凝膠、離子濃度聚合物與金屬混合物、導電聚合物以及奈米碳管等。由於只要幾伏特的電壓就能造成顯著的彎曲，所以它們只需電池就能操作，但它需要保持潮濕，而且只要電壓高於某個值，則會造成電解，這會對材料造成無法恢復的損害。
而電子式EAP是以電場驅動。例如，鐵電聚合物、駐極體、介電彈性體、電致伸縮連結式彈性體等。它們需要很高的電壓，可能會導致令人難受的電擊。不過，好處是電子式EAP反應很快，也能提供強大的機械力。它們不需要外面的保護層，而且幾乎不需電流就能固定在某個狀態。

當然，研製人造肌肉，並不是科學家的心血來潮，而是為了排除人類探索自然過程中的障礙。在探測火星和其他星球的科學實驗中，傳統引擎驅動的機器人，除了關節之外，四肢沒有任何可以活動的關聯處，能量上自然是捉襟見肘。如果有了人造肌肉，四肢更加發達，能將分子能量的70%轉化為物理能量，遠遠大於電動引擎的功率。近日，一種名為Birod的生物機器人已問世，它可以負載超過自身1.7萬倍的重量。Birod既不怕火星的沙塵石，還大大減輕了自身的重量。
近年來，美國陸軍希望透過“未來士兵裝備”計劃減輕士兵戰鬥負荷。麻省理工學院就正在研製用於未來士兵裝備的人造肌肉。人造肌肉一旦裝入手套、制服和軍靴?，士兵就會有超人的力量，舉重物、跳過高?不在話下。
此外，利用人造肌肉可以發電的原理，士兵將不需要自己背發電機，美國斯坦福研究員正在開發一種“腳後跟”發電機，即把人造肌肉材料安裝在軍靴的鞋跟上，透過步行、跑步等運動就能使其發電。科學家說，利用這一設備，一個普通個頭的人每邁出一步就可以產生1瓦特的功率，把這種電能儲存起來，隨時可以給攜帶型電話等電器充電，非常適合在野外行動的士兵。
如果把人造肌肉僅僅用於戰爭，那實在太令人遺憾了，可喜的是，未來，凡是需要小型電動引擎來驅動的製造產業，人造肌肉都有用武之地。
汽車製造商就對人造肌肉很感興趣。一輛汽車通常需要50到100個驅動傳動裝置，如果這些裝置改用人造肌肉作驅動力，不光可增強耐磨性，更能極大地提高功率。
人造肌肉靈活柔軟的特性還可以用來製造醫用導管和在地震救災中大顯身手的蛇形機器人。
作為生物型機器人的嘗試，日本大阪的伊美克斯公司還利用人造肌肉研製成一種可以亂真的機器魚。機器魚長6.7釐米，在水中游動的姿態與真魚沒什麼差別，更難得的是，它的“耐力”可保持半年時間。機器魚的肚子?既沒有裝馬達、機軸、齒輪等機械裝置，也沒有電池，完全是靠伸縮自如的高分子材料自行驅動。
有的科學家甚至想把人造驅動產品帶到2004年雅典奧運會上去，這個設想一旦實現，人們將在奧運賽場上看到前所未有的奇觀，無論是跳高舉重，還是賽跑游泳，人造驅動產品的表現都將令人吃驚。
不管是在軍事領域，還是在商業製造領域，人造肌肉都將發揮無可估量的作用。考恩教授說：“我們不需要什麼齒輪，也不需要軸承，我們所需要的就是可以導電的高分子材料。這將改變機器人研究的藍圖。”


科技的發展是隨著一項一項的技術的發展及突破而向前的，雖然人工肌肉現在仍在發展的初期，這個新的材料可能未來對我們的生活有很大的改變，也許在不久的將來這項技術可以與生物科技結合，介由EAP研發出許多的人工器官，藉由靈活柔軟的特性還可以用來製造醫用導管，不只是在生醫的用途，只要是需要小型電動引擎來驅動的產品人工肌肉都可發揮，人工肌肉的未來發展是無可估量，因為它比起一般的電動馬達來得更小、更輕、更便宜，甚至不需要什麼齒輪，也不需要軸承。

神奇的人造肌肉