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《國際要聞》史丹佛研發塑料肌肉 成功驅動機械手臂
2021-09-15


該型狀記憶聚合物製成的人造肌肉,可在加熱時收縮彎曲人體模型的手臂。(圖片來源:New Scientist)

 

史丹佛大學的科學家開發出一種新穎可改變形狀的塑料肌肉,在加熱時會改變聚合物的形狀,可舉起自身重量5000倍的物體,在未來機器人技術與智慧醫材設備中具有潛在應用。

該形狀記憶聚合物的可在正常狀態(分子具有柔韌性處於穩定)和變形狀態(分子在拉伸後聚合)之間轉換,一旦處於拉伸變形狀態,聚合物就可以透過加熱或光照來解除拉伸,恢復其“正常”狀態。

然而,傳統的形狀記憶聚合物在拉伸時不會儲存大量能量,這意味著它們在未拉伸時不會釋放太多能量,這限制了它們在涉及舉起或移動物體的任務中的使用。

史丹佛大學的研究團隊已成功生產出這種形狀記憶聚合物,它可以儲存和釋放大量的能量。他們於一個聚丙二醇骨架,在其中添加了4-,4’-methylene bisphenylurea單元。拉伸時,聚合物分子鏈會物理性排列,且在分子內與分子間形成氫鍵,這些氫鍵有助於材料保持其高度拉伸的狀態。然後,當加熱到 70°C 時,氫鍵斷裂,材料可以恢復到其原始未拉伸狀態,在此過程中從中釋放能量。

研究人員Zhenan Bao表示:“該聚合物可以拉伸至其初始長度的5倍,並在其擴展形式下每克儲存高達17.9焦耳的能量,是大多數其他形狀記憶聚合物的6倍。它可以用來舉重或為行走困難的人提供額外的幫助。除了創紀錄的高能量密度外,形狀記憶聚合物價格也很便宜,原材料成本每磅約11美元,且易於製造。”

為了展示其潛在用途,該團隊將這種材料變成了木製人體模型上臂和下臂之間的人造肌肉。當人體模型的肘關節伸直時,聚合物就會拉伸。然後,通過對聚合物加熱,它將再次收縮,使人體模型的肘關節彎曲。

(來源:New Scientist  生策中心編譯)

 

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