【可望工業量產】MIT 用熱漲冷縮原理打造「人造肌肉」,成本只要 2 元新台幣!

在「舉啞鈴」的人造肌肉。圖片來源:New Scientist Twitter

在自然界裡,肌肉藉由肌肉纖維的收縮產生力量,讓動物可以做出奔跑、跳躍、攝食等各樣動作;那麼工業界的「人造肌肉」呢?麻省理工學院(MIT)的研究團隊近期取得人造肌肉的重大突破,利用「熱漲冷縮」的原理製作出人造肌肉纖維,可以承受自身重量 650 倍的負重。

更重要的是,人造肌肉纖維的成本是每公尺 6 美分(約 2 元新台幣),已具備工業量產的條件。

該研究由 Mehmet Kanik、Sirma Orguc 聯合其他 9 人共同完成,並刊登在《Science》期刊上。

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運用熱漲冷縮原理,MIT 科學家打造人造肌肉

人造肌肉的原理,就是日常生活常見的「熱漲冷縮」。熱漲冷縮廣泛應用在機械與工業設備上,例如雙金屬片開關,將兩片熱膨脹係數不同的金屬片焊接在一起,當溫度提升時,由於兩個金屬的膨脹程度不同,就會產生彎曲,達到控制的效果。電鍋的自動斷電、無熔絲開關都是雙金屬片的熱漲冷縮原理。

人造肌肉也是一樣。MIT 團隊在實驗中採用 HDPE 和 COCe 聚合物,將它們黏成一個纖維,溫度上升,該纖維就會彎曲;MIT 團隊將纖維捲成類似彈簧的結構,當纖維彎曲時,結構就會縮緊,產生拉力。

人造肌肉力量大,可以舉起自身重量 650 倍的物品

不同於傳統的皮帶、輪軸、液壓、氣動等力學傳動模式,讓人造肌肉動作的要素是「溫度」,而 Mehmet 團隊的人造肌肉纖維,溫度只要稍微變化就會有明顯的收縮反應,產生強大拉力。根據團隊測試,單根纖維可以產生自身重量約 650 倍的拉力;實驗也證實,若將纖維綑綁,可以進一步增加拉力。

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若要應用在工業上,耐久性是重要條件。為了測試耐久性,Mehmet 將纖維組裝成類似肱二頭肌的手臂,讓它「舉啞鈴」。經過測試,該纖維可以收放超過 1 萬次,並維持收縮強度。

人造肌肉成本低廉,每公尺只要台幣 2 元

至於量產,Mehmet 接受 DeepTech 採訪時 表示 :「目前團隊的纖維技術已十分成熟,聚合物的材料價格也很低廉,目前的人造肌肉纖維成本大約是每公尺 6 美分(約新台幣 2 元)」,「我們已做好工業化規模量產的準備」。

對於未來的研究方向,Mehmet 表示,目前是透過溫度的變化刺激人造肌肉收縮,但希望可以擴展刺激機制,例如透過電、光、化學的方式刺激人造肌肉收縮,擴大該肌肉的應用。

目前該人造肌肉還在實驗室階段,尚未進入工業領域。或許產業界實際採用時,可能會發現實驗團隊沒想過的問題,但也可能發現其他的應用方式。未來的工廠會不會是一堆「肌肉」在運作,值得我們想像。

參考資料來源:
1.《DeepTech 深科技》:〈 麻省理工学院团队打造“人造肌肉”:每米成本约 6 美分,有望量产
2.《Science》:〈Strain-programmable fiber-based artificial muscle
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:New Scientist Twitter

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