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基本介紹

人(ren)(ren)造(zao)(zao)肌(ji)肉又叫(jiao)電活性(xing)(xing)聚合物(wu)(wu)(wu)，是(shi)一種(zhong)新型智能(neng)(neng)高分子(zi)材料(liao)，它(ta)能(neng)(neng)夠在(zai)外加電場下，通過材料(liao)內部(bu)結構的(de)改(gai)變(bian)而伸(shen)縮、彎(wan)曲(qu)、束緊或膨脹，和生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)肌(ji)肉十(shi)分相似。醫(yi)學上，人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)是(shi)指能(neng)(neng)植入人(ren)(ren)體或能(neng)(neng)與生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)組織或生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)流體相接觸的(de)材料(liao)，有天然器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)組織的(de)功(gong)(gong)能(neng)(neng)或天然器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)部(bu)件功(gong)(gong)能(neng)(neng)的(de)材料(liao)。根據制造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)使用的(de)材料(liao)以(yi)及其(qi)(qi)功(gong)(gong)能(neng)(neng)科學將人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)分為三種(zhong)：機(ji)械性(xing)(xing)人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)、半(ban)機(ji)械性(xing)(xing)半(ban)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)性(xing)(xing)人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)性(xing)(xing)人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)。其(qi)(qi)中，前兩類型種(zhong)的(de)人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)移(yi)植后(hou)會讓患(huan)者產生(sheng)(sheng)排斥(chi)反應，對受體來說，適(shi)無副作用的(de)是(shi)最后(hou)一種(zhong)也(ye)就是(shi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)性(xing)(xing)人(ren)(ren)造(zao)(zao)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)。

人(ren)造肌肉狀(zhuang)材料是根據生(sheng)物(wu)學原理，由3種氨(an)基酸(suan)(纈氨(an)酸(suan)、脯氨(an)酸(suan)和甘氨(an)酸(suan))按(an)一定順序排列而(er)(er)構成(cheng)的，它類似于人(ren)的肌肉纖維，具有彈性(xing)，且能隨環境溫度和化學成(cheng)分(如pH值)的變(bian)化而(er)(er)伸縮。由于它能模擬活體的生(sheng)物(wu)過程，于是，人(ren)們把這(zhe)種材料稱為生(sheng)物(wu)聚合(he)物(wu)。

產品設計

來(lai)自亞利(li)桑那州(zhou)州(zhou)立大(da)學(xue)的(de)研(yan)究員西宮川認為，人(ren)類的(de)肌(ji)(ji)(ji)肉(rou)(rou)是人(ren)四肢活動的(de)馬(ma)達，只(zhi)有生產出超級的(de)人(ren)造肌(ji)(ji)(ji)肉(rou)(rou)和裝(zhuang)置，才能讓殘(can)障人(ren)士的(de)假肢恢復正常的(de)功能，這種新式的(de)人(ren)造肌(ji)(ji)(ji)肉(rou)(rou)將有可能治療(liao)神經肌(ji)(ji)(ji)肉(rou)(rou)型疾(ji)病帕金森氏癥。為此，科學(xue)家(jia)們(men)利(li)用生物仿(fang)生學(xue)，通(tong)過對蟾蜍和變色龍的(de)肌(ji)(ji)(ji)肉(rou)(rou)的(de)研(yan)究，打造出了這種神奇的(de)“生物馬(ma)達”。

科學家發現，一個蟾蜍(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)巴(ba)肌(ji)肉(rou)(rou)能(neng)夠(gou)產生大于它自(zi)身體重700倍的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量，而變(bian)色(se)龍(long)捕(bu)食(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)時候(hou)，舌頭肌(ji)肉(rou)(rou)收(shou)縮時所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量也是(shi)非(fei)常驚人的(de)(de)(de)(de)(de)。而目前人類(lei)所(suo)制造的(de)(de)(de)(de)(de)最好的(de)(de)(de)(de)(de)機械設(she)備(動力(li)馬(ma)達)也只能(neng)產生蟾蜍(chu)(chu)下(xia)巴(ba)肌(ji)肉(rou)(rou)的(de)(de)(de)(de)(de)三分(fen)之一的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量。對于這種(zhong)神(shen)奇的(de)(de)(de)(de)(de)現象，科學家們通過對蟾蜍(chu)(chu)和(he)變(bian)色(se)龍(long)的(de)(de)(de)(de)(de)解剖(pou)尋(xun)找相關的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息(xi)。他們認為蟾蜍(chu)(chu)下(xia)巴(ba)的(de)(de)(de)(de)(de)特殊(shu)構造是(shi)造成(cheng)其肌(ji)肉(rou)(rou)產生強大力(li)量的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)之一，這種(zhong)構造可以在最短(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)時間內貯存力(li)量，適應(ying)肌(ji)肉(rou)(rou)所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)(de)張(zhang)力(li)，在蟾蜍(chu)(chu)大腦的(de)(de)(de)(de)(de)操縱下(xia)實現肌(ji)肉(rou)(rou)的(de)(de)(de)(de)(de)迅(xun)速收(shou)縮。

亞利(li)桑那州州立大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)科學(xue)(xue)(xue)(xue)家中們從蟾(chan)蜍的(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)肉(rou)構造上獲得(de)靈感，設(she)計出(chu)了一種(zhong)“機器肌(ji)(ji)腱”，這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)裝(zhuang)置可以模(mo)仿(fang)(fang)蟾(chan)蜍的(de)(de)(de)(de)下(xia)巴肌(ji)(ji)肉(rou)迅速收縮，產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)強大(da)的(de)(de)(de)(de)能量。這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)機器肌(ji)(ji)腱就是“生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)(da)”，也(ye)就是人造肌(ji)(ji)肉(rou)。再配合(he)獨(du)有的(de)(de)(de)(de)高端協調輔(fu)助設(she)備(bei)，可以使假肢等設(she)備(bei)和人的(de)(de)(de)(de)大(da)腦信號協調一致，從而提高假肢的(de)(de)(de)(de)運動(dong)功能，實(shi)現殘(can)疾人的(de)(de)(de)(de)正常生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活。但是科學(xue)(xue)(xue)(xue)家認(ren)為(wei)，這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)模(mo)仿(fang)(fang)蟾(chan)蜍制造出(chu)的(de)(de)(de)(de)人造肌(ji)(ji)肉(rou)最關鍵的(de)(de)(de)(de)部(bu)分還是高端協調輔(fu)助設(she)備(bei)，只有通過大(da)腦的(de)(de)(de)(de)操(cao)縱實(shi)現功能才是生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)(da)最關鍵的(de)(de)(de)(de)部(bu)分，這(zhe)(zhe)(zhe)個關鍵部(bu)分還需要繼續的(de)(de)(de)(de)研(yan)究探索。但是科學(xue)(xue)(xue)(xue)家表示，這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)“生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)(da)”人造肌(ji)(ji)肉(rou)將(jiang)會(hui)促進(jin)神(shen)(shen)經肌(ji)(ji)肉(rou)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究和發(fa)展，有助于對人類(lei)神(shen)(shen)經肌(ji)(ji)肉(rou)學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)擴展性研(yan)究，將(jiang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)仿(fang)(fang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)(xue)和生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)動(dong)力學(xue)(xue)(xue)(xue)有機結合(he)起來，這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)神(shen)(shen)奇(qi)的(de)(de)(de)(de)“生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)(da)”堪稱神(shen)(shen)來之筆，不僅(jin)可以幫助殘(can)疾人的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活，還推動(dong)了科學(xue)(xue)(xue)(xue)家對于生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)仿(fang)(fang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)技術的(de)(de)(de)(de)發(fa)展。

科學(xue)家(jia)對人造肌(ji)肉(rou)的(de)研究已經進行了幾十(shi)年，人造肌(ji)肉(rou)所用的(de)材(cai)料(liao)種類(lei)也很多，有塑料(liao)、類(lei)似橡膠(jiao)的(de)聚(ju)合物、凝(ning)膠(jiao)以(yi)及金屬，但是(shi)這些材(cai)料(liao)做成的(de)人造肌(ji)肉(rou)面臨很多問題，比如需要消(xiao)耗大量能(neng)(neng)(neng)量并且可能(neng)(neng)(neng)經常失效(xiao)而(er)無法像真(zhen)正的(de)肌(ji)肉(rou)那樣能(neng)(neng)(neng)自(zi)我(wo)修補。

特色功能

活(huo)動自由工作更持久

現行(xing)的機(ji)器人或機(ji)械手臂受(shou)到能(neng)(neng)量限制(zhi)，只能(neng)(neng)在(zai)電(dian)源(yuan)附近(jin)活動(dong)。因此，美國國防部高(gao)級計劃研(yan)究署一直(zhi)希望能(neng)(neng)研(yan)發(fa)出(chu)一種能(neng)(neng)像人類一樣(yang)自由(you)活動(dong)、而(er)且(qie)(qie)自身可以供應能(neng)(neng)量的新(xin)型(xing)裝置(zhi)，于是便有(you)了這種超級仿生肌肉的模型(xing)。據研(yan)究人員介紹(shao)，這種仿生肌肉的最(zui)大好(hao)處就是能(neng)(neng)量由(you)燃料供應，以彌補電(dian)池功能(neng)(neng)的諸多(duo)不(bu)(bu)足(zu)。仿生肌肉可以自由(you)活動(dong)，而(er)且(qie)(qie)能(neng)(neng)工作更長時間(jian)，不(bu)(bu)會因電(dian)池短命而(er)動(dong)不(bu)(bu)了，也不(bu)(bu)必(bi)時刻(ke)綁個(ge)電(dian)源(yuan)在(zai)身邊。

按照研究人(ren)(ren)(ren)員(yuan)的(de)(de)設想，仿生(sheng)肌肉研制(zhi)成功(gong)后，將能完(wan)成人(ren)(ren)(ren)類(lei)和(he)機器人(ren)(ren)(ren)各自(zi)(zi)無(wu)法獨立做到的(de)(de)事情。它(ta)能像人(ren)(ren)(ren)類(lei)一樣(yang)到處行動(dong)，能像自(zi)(zi)然手臂一樣(yang)靈(ling)活運用，還能“綁”在“外骨骼(ge)”上，使消防員(yuan)、士(shi)兵和(he)宇航員(yuan)等(deng)特(te)殊行業的(de)(de)人(ren)(ren)(ren)擁(yong)有超人(ren)(ren)(ren)般的(de)(de)力量。有了它(ta)，也許消防員(yuan)就可以只手撐起(qi)倒塌(ta)的(de)(de)建(jian)筑材料，而戰場上的(de)(de)士(shi)兵也可以變(bian)成不知(zhi)疲倦(juan)的(de)(de)“超人(ren)(ren)(ren)”。

比常人(ren)肌肉強100倍

為了(le)實現這些功能，美韓兩(liang)國科學家(jia)聯(lian)手開(kai)發了(le)兩(liang)種(zhong)仿(fang)生肌肉，以適(shi)應(ying)不同需要。

一種是把化學(xue)能轉化成(cheng)電(dian)(dian)能。它用含有催化劑(ji)的碳(tan)納(na)米管彎曲搭建出肌肉(rou)塊、“燃料細胞”電(dian)(dian)極(ji)和超(chao)級電(dian)(dian)容器電(dian)(dian)極(ji)，它們(men)會在充滿氫(qing)的環境中(zhong)，源(yuan)源(yuan)不斷地(di)產生(sheng)電(dian)(dian)源(yuan)。

另一種是把化學能(neng)轉化成熱能(neng)。它(ta)利用氫和乙醇反應(ying)提供(gong)能(neng)量(liang)，配(pei)合特制的(de)記(ji)憶金屬(shu)絲。例如，當溫度降低時，金屬(shu)絲就會收(shou)縮，催化劑減少作(zuo)用，人造肌肉(rou)就會放(fang)松收(shou)縮。這(zhe)種方(fang)法(fa)打造出來(lai)的(de)人造肌肉(rou)力(li)量(liang)最大，舉(ju)力(li)是正常骨骼肌肉(rou)的(de)100倍以(yi)上(shang)。

有循(xun)環(huan)系統也有神經(jing)

不過(guo)目前(qian)看來，這兩種肌肉都沒(mei)有(you)一(yi)點肌肉的樣子，它(ta)們只(zhi)是(shi)一(yi)堆電線、懸臂和玻璃瓶。惟一(yi)能(neng)夠區別(bie)于機械臂的特點就是(shi)它(ta)們能(neng)夠像生(sheng)物一(yi)樣“呼吸(xi)(xi)”：吸(xi)(xi)入氧氣，釋放乙(yi)醇(chun)和氫(qing)，提供能(neng)量。

這種情況完全可(ke)能(neng)。加拿(na)大(da)學者指(zhi)出(chu)：“事實上，人(ren)造肌(ji)肉(rou)已成(cheng)(cheng)功復制出(chu)了(le)很多生物特點。比如說，它有循環系(xi)統(tong)(tong)，氧和燃料(liao)可(ke)以通過(guo)循環系(xi)統(tong)(tong)輸送，為(wei)肌(ji)肉(rou)本身提供化學反(fan)應(ying)的場所(suo)，然后(hou)做出(chu)機械動作；它還有神經，由特殊電路組成(cheng)(cheng)，能(neng)夠做出(chu)反(fan)應(ying)并控制自己的行為(wei)；它還能(neng)存儲能(neng)量，并像人(ren)類的肌(ji)肉(rou)一(yi)樣，直接對接觸(chu)做出(chu)判斷反(fan)應(ying)。”

其他信息

具體用途

人造肌(ji)(ji)(ji)肉伸縮性(xing)已能(neng)(neng)和人的(de)(de)肌(ji)(ji)(ji)肉相媲(pi)美，材料自身性(xing)能(neng)(neng)決定，無需馬達(da)、齒(chi)輪等(deng)復(fu)雜(za)裝置，體積小、重量輕。研(yan)(yan)究人員稱研(yan)(yan)發的(de)(de)兩種人造肌(ji)(ji)(ji)肉性(xing)能(neng)(neng)均非常突出，同時具備燃(ran)(ran)料電(dian)池和肌(ji)(ji)(ji)肉的(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)。其中一(yi)采(cai)用(yong)了含催化(hua)(hua)劑的(de)(de)碳納米管電(dian)極(ji)，可作(zuo)為(wei)燃(ran)(ran)料電(dian)池的(de)(de)電(dian)極(ji)將(jiang)化(hua)(hua)學能(neng)(neng)轉化(hua)(hua)為(wei)電(dian)能(neng)(neng)，級電(dian)容器(qi)的(de)(de)電(dian)極(ji)來儲(chu)存(cun)電(dian)能(neng)(neng)，還可作(zuo)肌(ji)(ji)(ji)肉電(dian)極(ji)將(jiang)電(dian)能(neng)(neng)再轉化(hua)(hua)為(wei)機械(xie)能(neng)(neng)。另外一(yi)種是目前最強健的(de)(de)肌(ji)(ji)(ji)肉，是通過混合燃(ran)(ran)料和空氣中的(de)(de)氧(yang)氣發生催化(hua)(hua)反應，將(jiang)化(hua)(hua)學能(neng)(neng)能(neng)(neng)，升高(gao)的(de)(de)溫度可使制(zhi)造肌(ji)(ji)(ji)肉的(de)(de)具有形狀記憶(yi)。

功能的金屬材(cai)料用(yong)(yong)力收(shou)縮，冷卻后肌肉脹放(fang)松。由于(yu)這(zhe)種燃料電池肌肉所使用(yong)(yong)的外層涂有納米(mi)顆粒催化(hua)劑(ji)的形狀記憶(yi)金在(zai)市(shi)場上買到，這(zhe)使得它尤其容易在(zai)自動裝置中得到應(ying)用(yong)(yong)。

這次(ci)新(xin)研制成(cheng)功的(de)(de)人(ren)造肌肉則解決了這些問(wen)題。研究(jiu)人(ren)員(yuan)使用更具有(you)彈性且已(yi)經被(bei)廣泛應用的(de)(de)碳納(na)米管（carbonnanotubes）取(qu)代(dai)其(qi)(qi)它(ta)金屬薄膜來充當(dang)電(dian)極，這樣就避免了因重(zhong)復(fu)使用導致金屬膜失效而出現的(de)(de)供電(dian)問(wen)題。另(ling)外(wai)，如果碳納(na)米管某(mou)一(yi)部分出現問(wen)題，它(ta)周圍(wei)剩下的(de)(de)區域就會將其(qi)(qi)自我封閉起來，使其(qi)(qi)不會導電(dian)，這樣就防止了損壞影(ying)響到(dao)其(qi)(qi)它(ta)區域。佩(pei)·齊平說，“我們(men)對(dui)這個(ge)新(xin)裝置已(yi)經多次(ci)進(jin)行了類似的(de)(de)實驗，包括用大頭針將人(ren)造肌肉刺破，結果證明它(ta)并沒有(you)癱瘓(huan)，還(huan)能正常工(gong)作”。

更神奇的(de)(de)(de)是(shi)(shi)，這種能自我修復的(de)(de)(de)人造(zao)肌肉還能發(fa)電和(he)儲存電能。當(dang)此人造(zao)肌肉在(zai)膨脹后收縮時，它(ta)自身碳納米管的(de)(de)(de)結構(gou)會進行(xing)重(zhong)新排列(lie)，這是(shi)(shi)它(ta)就會產(chan)生一(yi)股小小的(de)(de)(de)電流(liu)。并且這股電流(liu)是(shi)(shi)可(ke)以(yi)儲存并加以(yi)利用的(de)(de)(de)，例(li)如給下(xia)一(yi)次肌肉運動擴張提供能量，或者貯存在(zai)電池里給類似于iPod的(de)(de)(de)移動設備(bei)充電。“它(ta)可(ke)以(yi)將你輸送給它(ta)的(de)(de)(de)近(jin)70%的(de)(de)(de)能量保(bao)存下(xia)來，”

值得一提(ti)的是，人(ren)造肌肉(rou)的服(fu)務(wu)對象不僅僅是人(ren)類本身(shen)。研究者(zhe)介(jie)紹，人(ren)造肌肉(rou)還能成(cheng)為機器人(ren)、飛機、海洋(yang)艦隊等的幫手。

由于乙醇產生的(de)能量系數比電池(chi)等常規能源高出30%，因(yin)此，人造肌肉(rou)可以安裝在機器(qi)人身上充(chong)當“電池(chi)”。還可以用(yong)在假肢上，給假肢新的(de)力量。

此(ci)外，人(ren)造(zao)肌肉(rou)還可以(yi)當作飛(fei)機(ji)和艦艇的“外衣”。人(ren)造(zao)肌肉(rou)是(shi)由碳納(na)米(mi)管(guan)制造(zao)而(er)成，“披”在運輸工具外面，可以(yi)使它(ta)們運行(xing)起來阻力更(geng)小、更(geng)順利。將來有一天，人(ren)造(zao)肌肉(rou)甚至能夠替代(dai)金屬制的心(xin)臟起搏器，打造(zao)和人(ren)類身體更(geng)親近的新(xin)一代(dai)“人(ren)造(zao)心(xin)臟”。

主要產品

超強人造肌肉

美(mei)國和韓(han)國研(yan)究者聯(lian)手研(yan)究出一(yi)種(zhong)超(chao)級仿生肌肉。這種(zhong)肌肉不僅力量大得驚人，而且從來不會疲(pi)憊。這一(yi)發明可能最終用(yong)于消防隊(dui)員、宇航員或戰(zhan)士(shi)，為(wei)各條戰(zhan)線打造(zao)力大無(wu)窮的“超(chao)人”隊(dui)伍。

新的(de)人工肌肉可以模仿(fang)肌肉收(shou)縮(suo)產生(sheng)力量(liang)(liang)。將石蠟嵌入經(jing)過編織形成一種特殊(shu)結構的(de)碳(tan)納米管纖(xian)維(wei)中，通過直接加(jia)熱(re)、電加(jia)熱(re)，或者使用一道閃光，石蠟就會發生(sheng)體(ti)積(ji)膨脹，使整個(ge)“肌肉”膨脹。但由(you)于(yu)碳(tan)納米管纖(xian)維(wei)特殊(shu)的(de)結構，“肌肉”的(de)長度(du)會同時發生(sheng)收(shou)縮(suo)，就產生(sheng)了(le)力量(liang)(liang)。

隨著通電(dian)和斷電(dian)，肌肉絲扭曲和恢(hui)復所(suo)產生的扭力足(zu)以為微型彈射(she)(she)器提供動力，在(zai)實驗室工(gong)作臺上發射(she)(she)金屬箔片。研(yan)究人員決(jue)定建(jian)造一個(ge)彈射(she)(she)器來展(zhan)示此項新發明的奧妙。

這種(zhong)“肌(ji)肉(rou)(rou)”的舉重能力(li)是同等尺寸的天然肌(ji)肉(rou)(rou)的200倍，如果按重量(liang)相比(bi)，產(chan)生的扭力(li)高(gao)于大型電動(dong)發動(dong)機。但人(ren)工肌(ji)肉(rou)(rou)還不(bu)能完全吊起(qi)一架鋼(gang)琴，因(yin)為當(dang)前可行的生產(chan)技術限制了(le)絲的重量(liang)。

制造材料

壓電材料

自從(cong)1990年代中(zhong)(zhong)期以來，Bar-Cohen一(yi)直為經常變化的(de)(de)國際EAP研究人員團(tuan)體充當(dang)非正式的(de)(de)協調人。回(hui)到(dao)該(gai)(gai)領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)萌芽時(shi)(shi)期，“我(wo)從(cong)科(ke)技(ji)(ji)論文上讀到(dao)的(de)(de)電活化聚合(he)物材料并不(bu)像廣(guang)告吹(chui)噓的(de)(de)那樣神(shen)奇，”他一(yi)邊回(hui)憶，一(yi)邊狡黠地笑著，“而且當(dang)我(wo)從(cong)NASA獲得經費來研究該(gai)(gai)技(ji)(ji)術時(shi)(shi)，我(wo)不(bu)得不(bu)去了解誰在(zai)做這個(ge)領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)工(gong)作，以便從(cong)中(zhong)(zhong)找到(dao)某些啟發。”僅在(zai)數年之內，Bar-Cohen就已(yi)掌握了足(zu)夠的(de)(de)知識，并且協助舉辦(ban)了首屆(jie)關于該(gai)(gai)主題(ti)的(de)(de)科(ke)技(ji)(ji)研討(tao)會(hui)，開始出(chu)版一(yi)份EAP時(shi)(shi)事通訊，發布了一(yi)個(ge)EAP網站，還編(bian)寫(xie)了兩(liang)部關于這項新興技(ji)(ji)術的(de)(de)論著。

在噴氣推(tui)進實(shi)驗(yan)室（JPL）院內的(de)(de)一(yi)幢矮(ai)層(ceng)研究(jiu)(jiu)建筑內，試驗(yan)臺(tai)上擺滿了(le)各種致動設備原型(xing)以(yi)及測試裝置(zhi)，Bar-Cohen開始回(hui)顧他已經了(le)如指掌的(de)(de)關于該領域的(de)(de)歷(li)史(shi)。他說(shuo)：“很(hen)長一(yi)段時間內，人(ren)們一(yi)直在尋找不(bu)用電動馬達(da)就可以(yi)移動物體的(de)(de)方(fang)法，因(yin)為馬達(da)對于許多應用而言顯得太過笨重。在EPAs出現(xian)之前，馬達(da)的(de)(de)標準(zhun)替代(dai)技(ji)術是壓電陶瓷，該技(ji)術曾一(yi)度是研究(jiu)(jiu)的(de)(de)熱點。”

在壓電(dian)材料(liao)中，機械應力可(ke)導致晶體電(dian)極化，而且反之亦然。用電(dian)流(liu)刺激這種材料(liao)將使其變(bian)形(xing)(xing)；通過(guo)改(gai)變(bian)其形(xing)(xing)狀可(ke)以(yi)產生(sheng)電(dian)。 Bar-Cohen從一張實驗長(chang)(chang)椅上拿起一只淺灰色的小碟子，說：“這塊碟子由PZT（鋯(gao)鈦酸鉛）制成。”他向(xiang)我們解釋(shi)：電(dian)流(liu)使得壓電(dian)PZT產生(sheng)收縮(suo)或者膨脹，幅(fu)度只有不(bu)到其總長(chang)(chang)度的百(bai)分之一。盡管變(bian)形(xing)(xing)量很小，但(dan)是卻有用處。

在(zai)隔(ge)壁的(de)(de)一間屋子(zi)中，Bar-Cohen出(chu)示了(le)由PZT碟子(zi)驅動的(de)(de)一英尺長的(de)(de)沖擊鉆，他(ta)正和JPL的(de)(de)同事以(yi)(yi)及Cybersonics公司(si)的(de)(de)工(gong)程(cheng)師們一起研制這些PZT碟子(zi)。他(ta)介(jie)紹說：“在(zai)這個圓筒內是(shi)一疊(die)壓電(dian)碟子(zi)，當被(bei)交流電(dian)激活時，這疊(die)碟子(zi)將以(yi)(yi)超音速拍(pai)打鉆頭(tou)(tou)，鉆頭(tou)(tou)則以(yi)(yi)高速率上下跳躍，從而鉆入堅硬的(de)(de)巖石。”在(zai)另(ling)一側是(shi)幾堆石塊，石塊已經(jing)被(bei)鉆出(chu)很(hen)深的(de)(de)孔眼。

該鉆子作為(wei)一個范例，說明了用壓電陶(tao)瓷制(zhi)作致動(dong)器的有效性，的確讓(rang)人印(yin)象深刻。但是，在(zai)許多(duo)應用中，要求電活化材料的膨脹幅度超過百分之零點幾(ji)。

高分子液晶材料

高分子液(ye)(ye)(ye)晶(jing)是(shi)科學家(jia)們心(xin)目中的(de)(de)(de)硅(gui)的(de)(de)(de)理想替代物。過(guo)去(qu)，許多微觀研發工(gong)(gong)作都是(shi)在硅(gui)材料(liao)的(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang)進行的(de)(de)(de)。而越來越多的(de)(de)(de)科學家(jia)認為，高分子液(ye)(ye)(ye)晶(jing)聚(ju)合物的(de)(de)(de)柔韌性(xing)比(bi)硅(gui)好(hao)。對(dui)液(ye)(ye)(ye)晶(jing)聚(ju)合體進行精細剪裁加(jia)工(gong)(gong)后，加(jia)工(gong)(gong)出的(de)(de)(de)樣(yang)品對(dui)溫度(du)變化、紫外線照射等特定的(de)(de)(de)外界刺激有(you)相應的(de)(de)(de)反應，也(ye)比(bi)硅(gui)的(de)(de)(de)敏感程度(du)高。而且液(ye)(ye)(ye)晶(jing)聚(ju)合物的(de)(de)(de)制造成本比(bi)硅(gui)材料(liao)更低，加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝也(ye)更加(jia)簡單(dan)。

相比起(qi)硅制的(de)假肢，“人(ren)造(zao)肌(ji)肉”更顯(xian)神(shen)奇。20世紀(ji)80年代，科學(xue)家們發(fa)現(xian)，在電流的(de)作用下，高分子液晶材料(liao)(liao)(liao)的(de)分子可以(yi)發(fa)生(sheng)形變(bian)和扭曲(qu)，進而使材料(liao)(liao)(liao)本身(shen)產生(sheng)收縮(suo)和彎曲(qu)——這非常類似于人(ren)類的(de)肌(ji)肉，于是科學(xue)家們開始研究如何利用高分子液晶材料(liao)(liao)(liao)構造(zao)“人(ren)造(zao)肌(ji)肉”。傳統的(de)機器(qi)人(ren)除了關節(jie)之外(wai)，四(si)(si)肢不能自由(you)活動，如果有(you)了“人(ren)造(zao)肌(ji)肉”，則他們的(de)四(si)(si)肢會更加靈活且發(fa)達。

尼龍絲材料

尼龍絲(si)這種令人意(yi)料(liao)之(zhi)外的功(gong)用(yong)，是在本周(zhou)出(chu)版的美(mei)國(guo)《科(ke)學》雜志中公布的，而這項研究的參與者則是在美(mei)國(guo)德克薩斯州大學達拉斯分校工作的巴西科(ke)學家們。

這項(xiang)研究由(you)Roy Baughman領導，他是在(zai)這項(xiang)領域(yu)中對世(shi)界(jie)貢獻最大(da)的(de)科(ke)學家之一。 同時，另外(wai)兩位科(ke)學家M?nica Jung de Andrade與Márcio Lima在(zai)美(mei)國相(xiang)關機構攻(gong)讀(du)完博士后課程，也加盟了這項(xiang)新研究。

研究(jiu)顯示，能夠成為制作人造肌肉(rou)材料的(de)最重要特征，就是(shi)此材料有能力在儲存大量(liang)(liang)能量(liang)(liang)的(de)同時以(yi)同樣的(de)方式保(bao)持肌肉(rou)的(de)活性。

另(ling)一(yi)個重要的指(zhi)標就是這個制作材料(liao)的可(ke)逆轉性。因為研究顯示，除非(fei)一(yi)種材料(liao)在經(jing)歷(li)幾千(qian)次儲存與(yu)釋放能(neng)量(liang)的過程中(zhong)完全不損失其性能(neng)，否則(ze)就無法保持(chi)其強大的收(shou)縮力以保持(chi)肌肉(rou)活性。

在攻克這一(yi)難關的(de)(de)過程中，科(ke)學家們(men)其實(shi)(shi)已經使用了許(xu)(xu)多材(cai)料(liao)(liao)進行(xing)人造肌(ji)(ji)肉實(shi)(shi)驗。科(ke)學家們(men)起初(chu)使用碳(tan)納米管來(lai)進行(xing)人造肌(ji)(ji)肉實(shi)(shi)驗，他(ta)們(men)將該材(cai)料(liao)(liao)加熱，并且像真正的(de)(de)肌(ji)(ji)肉一(yi)樣舉起重物，但是許(xu)(xu)多實(shi)(shi)驗材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)實(shi)(shi)驗結果卻(que)并不理(li)想。

Márcio Lima向(xiang)記者解釋道，解開(kai)這(zhe)個謎(mi)題的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)就是(shi)研究員(yuan)們找到(dao)了某些纖維材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)熱膨脹(zhang)系數為負(fu)，這(zhe)就相當(dang)于在加熱材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和冷卻材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中，只要控(kong)制好(hao)與應(ying)用好(hao)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)溫度的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，就能夠準確地在材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)運動(dong)過(guo)程(cheng)中保持材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)可逆轉(zhuan)性。

他說(shuo)道：“我們發現將纖維擰在一(yi)起形成一(yi)個彈(dan)簧或者(zhe)線圈(quan)的(de)形狀能(neng)夠放大使用效(xiao)(xiao)果。之(zhi)后我們又實驗(yan)了許多更加便宜的(de)纖維材(cai)料，也達(da)到了很好的(de)效(xiao)(xiao)果，尼龍絲就是(shi)其中(zhong)一(yi)種(zhong)。”

這(zhe)種(zhong)(zhong)材料的最(zui)大好處就是在(zai)于價格便(bian)宜，因為這(zhe)種(zhong)(zhong)尼龍絲每斤只(zhi)需(xu)花費15雷亞爾。而(er)且在(zai)實驗中，這(zhe)種(zhong)(zhong)尼龍絲所制作(zuo)的人造肌肉，在(zai)100攝氏(shi)度溫度變化(hua)內的承重(zhong)效果，比人體(ti)肌肉的性(xing)能(neng)要(yao)強84倍之多。

在(zai)未來，這種新型技(ji)術可能(neng)會應用(yong)于機器人制作、生物醫學工程（例(li)如制造(zao)承重性能(neng)強大的(de)(de)假(jia)肢等等），甚至在(zai)紡織行業也可以應用(yong)。例(li)如，在(zai)嚴熱(re)或寒冷的(de)(de)天氣(qi)(qi)中，你可以打開或關閉衣服(fu)上用(yong)該(gai)尼龍絲(si)科技(ji)制成的(de)(de)“氣(qi)(qi)孔”，以達到調節溫度的(de)(de)目的(de)(de)。

SRI小(xiao)組的領(ling)導(dao)者Ron Pelrine介(jie)紹說：“在與日本簽署微型機(ji)器計劃(hua)（Japanese micro-machine program）合同(tong)之后，斯坦福(fu)研究(jiu)院(yuan)（SRI INTERNATIONAL）從1992年開(kai)始(shi)研究(jiu)人造肌肉(rou)。”他(ta)從前是一名物(wu)理學家(jia)，轉行做機(ji)械(xie)工程(cheng)師。日本官(guan)方在尋找(zhao)(zhao)一種(zhong)新型的微致(zhi)動器技(ji)術(shu)。幾位(wei)(wei)(wei)SRI研究(jiu)人員開(kai)始(shi)尋找(zhao)(zhao)一種(zhong)在力(li)學、沖程(cheng)（線性(xing)(xing)位(wei)(wei)(wei)移(yi)）以及應變（單(dan)位(wei)(wei)(wei)長(chang)度或單(dan)位(wei)(wei)(wei)面(mian)(mian)積的位(wei)(wei)(wei)移(yi)量）等方面(mian)(mian)的性(xing)(xing)質與自然肌肉(rou)類似的致(zhi)動材料。

“我們考察(cha)了一大堆有(you)(you)希(xi)望的(de)活化技術，”Pelrine回憶道(dao)。然而，他們最終選擇了電(dian)致伸縮聚合物(wu)，當(dang)時(shi)來自路特葛(ge)斯大學（Rutgers University）的(de)Jerry Scheinbeim正在研究這(zhe)種材料。這(zhe)種聚合物(wu)中的(de)碳氫分子(zi)以半晶體點陣的(de)方式排(pai)列，而這(zhe)種晶陣具有(you)(you)類似(si)壓電(dian)的(de)屬(shu)性。

當處于(yu)電(dian)場中時(shi)，所有的絕緣塑料（例(li)如聚亞安酯）將會沿(yan)電(dian)力線的方向(xiang)收縮，同時(shi)沿(yan)垂直(zhi)于(yu)電(dian)力線的方向(xiang)膨脹(zhang)。這種(zhong)(zhong)現象(xiang)與電(dian)致伸縮不同，被稱為麥(mai)克(ke)斯韋應力。Pelrine 說(shuo)：“這種(zhong)(zhong)現象(xiang)早就為人們所熟(shu)知，但一直(zhi)被當作是一種(zhong)(zhong)很麻(ma)煩的效(xiao)應。”

他(ta)意識到，比(bi)聚(ju)亞(ya)安酯更(geng)軟(ruan)的(de)聚(ju)合(he)物在靜電吸引(yin)作(zuo)用下將更(geng)容易擠壓，因而(er)可(ke)以(yi)提(ti)供更(geng)大的(de)機(ji)械(xie)應變。通過對軟(ruan)硅樹脂進(jin)行(xing)試驗，SRI的(de)科學家很(hen)快(kuai)證明其(qi)應變在10-15%之(zhi)間，這十分(fen)合(he)意。經過進(jin)一步研(yan)究，這個數字還(huan)可(ke)以(yi)提(ti)高到20-30%。為了區別這種新的(de)致動器材料(liao)，硅樹脂和其(qi)他(ta)較軟(ruan)的(de)材料(liao)被(bei)命名(ming)為電絕緣橡膠（dielectric elastomers）（也被(bei)稱為電場活(huo)化聚(ju)合(he)物。）

在確定出幾種有前途的(de)(de)聚合物材料之后，在1990年代剩余的(de)(de)大部(bu)分(fen)時(shi)(shi)間內，該(gai)(gai)小(xiao)(xiao)(xiao)組將注意力集中于研制(zhi)特定設備應用(yong)的(de)(de)具體(ti)細節。當(dang)時(shi)(shi)，該(gai)(gai)SRI研究小(xiao)(xiao)(xiao)組新的(de)(de)外(wai)部(bu)經費(fei)支持和研究方向由美(mei)國國防高級研究計劃(hua)局（DARPA）和海軍(jun)研究中心（Office of Naval Research）提供(gong)，其主管的(de)(de)首(shou)要興(xing)趣在于將該(gai)(gai)技術(shu)用(yong)于軍(jun)事目的(de)(de)，包括小(xiao)(xiao)(xiao)型偵察(cha)機器人(ren)以及輕(qing)型發電機。

由于橡膠開始(shi)表(biao)現出(chu)大得(de)多的應(ying)變，工程師意(yi)識到(dao)電極也(ye)必須是可以(yi)膨脹的。普通(tong)金屬電極無法伸長，除非將其割裂。Pelrine提(ti)(ti)到(dao)：“起先，人們不用為(wei)這(zhe)個(ge)問題操(cao)心，因為(wei)他們研究(jiu)的材料所提(ti)(ti)供的應(ying)變只(zhi)有(you)1%左右。”最后，該(gai)研究(jiu)小組開發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)基于在橡膠陣列（elastomeric matrix）中(zhong)填充碳粒(li)的屈從電極。他指(zhi)出(chu)：“由于電極和塑料一(yi)起膨脹，它(ta)(ta)們可以(yi)在整個(ge)活動區域之間保持電場(chang)。”SRI International為(wei)該(gai)概念申請(qing)了專利，它(ta)(ta)是后來人造(zao)肌肉技術的關鍵之一(yi)。

Pelrine急于向我們展示(shi)，他拿(na)出一個15厘(li)米見方看上(shang)去像相框的東西，其兩(liang)面的塑(su)料包(bao)夾由于膨脹而緊繃著。“看，這種聚合(he)物材料延展性非常好(hao)，”他說，同時用一只手指(zhi)按入其透明薄膜。“它實際上(shang)是一種雙面膠(jiao)帶，一大卷的價格(ge)很便宜。”在中間夾片的兩(liang)面是黑色、鎳幣大小(xiao)的電(dian)極，連著導線。

Pelrine擰開電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)控制旋鈕。立刻，黑色(se)的(de)圓形電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)對(dui)開始膨(peng)脹，直徑(jing)增加了(le)四分之一。當他將旋鈕擰回到(dao)原來位置(zhi)時(shi)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)馬上(shang)又(you)收縮至原狀態(tai)。他咧嘴笑(xiao)了(le)笑(xiao)，并且(qie)重復操(cao)作了(le)好幾次，解釋(shi)說：“根(gen)本(ben)上(shang)，我們的(de)設備(bei)就是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容，也(ye)就是(shi)兩塊(kuai)平(ping)行的(de)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)板(ban)，中(zhong)間夾(jia)著電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)絕緣(yuan)材料。當電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源接通時(shi)，正負電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷分別在相(xiang)反(fan)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)上(shang)積(ji)累(lei)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)平(ping)板(ban)互相(xiang)吸引并且(qie)擠壓(ya)中(zhong)間的(de)絕緣(yuan)聚(ju)合物(wu)，并且(qie)聚(ju)合物(wu)的(de)面積(ji)擴(kuo)大。”

盡管(guan)已經(jing)確定出幾種有前(qian)途的(de)(de)材料，要想在實(shi)際設(she)備中實(shi)現可接(jie)受的(de)(de)性能(neng)的(de)(de)確是(shi)一(yi)個挑戰。然而，該小組在1999年(nian)取得的(de)(de)一(yi)系列(lie)突破引起了(le)美(mei)國政府(fu)及工業界相當的(de)(de)興趣。

有人通(tong)過(guo)觀察(cha)發現，在電(dian)活化聚合物材料之前預先(xian)拉伸它，將(jiang)大(da)大(da)提高(gao)其性能。小組的(de)(de)另一(yi)位(wei)成員(yuan)Roy Kornbluh工(gong)程師回憶說：“我(wo)們(men)開始(shi)注意到存在一(yi)個(ge)甜區（sweet point），這(zhe)時可以獲(huo)得(de)最(zui)優性能。沒有人確切地知道為(wei)(wei)什么，但是(shi)(shi)預拉伸聚合物可以使擊穿(chuan)強度(du)【電(dian)極之間電(dian)流通(tong)路（passage of current）的(de)(de)阻力(li)】增(zeng)加100倍(bei)之多。”電(dian)活化應變提高(gao)的(de)(de)幅度(du)與之類似。盡(jin)管原因(yin)還不是(shi)(shi)很清楚，SRI的(de)(de)化學家裴其冰(bing)（音）認(ren)為(wei)(wei)：“預拉伸可沿(yan)平面膨脹(zhang)方向定位(wei)分子鏈，并且材料使得(de)沿(yan)該方向更(geng)加堅硬。”為(wei)(wei)了(le)(le)獲(huo)得(de)預拉伸效果，SRI的(de)(de)致動器設備采用了(le)(le)一(yi)個(ge)外部支撐(cheng)結構。

第二項關鍵發(fa)現得(de)益于研(yan)究人(ren)員“測試(shi)我(wo)們(men)所知道的(de)(de)(de)(de)每(mei)一(yi)種(zhong)(zhong)可(ke)伸展材料(liao)，我(wo)們(men)稱(cheng)之(zhi)為愛迪生(sheng)(sheng)方法，”Pelrine愉快地(di)告訴我(wo)們(men)。（為找到合適的(de)(de)(de)(de)電燈燈絲(si)材料(liao)，托馬(ma)斯(si)·愛迪生(sheng)(sheng)系統地(di)試(shi)驗過各種(zhong)(zhong)材質。）“在我(wo)家里，為了(le)不(bu)(bu)讓我(wo)那剛會(hui)走路的(de)(de)(de)(de)孩子(zi)亂拿東西，我(wo)們(men)用一(yi)把以聚合物(wu)材料(liao)做的(de)(de)(de)(de)門鎖(suo)(suo)將(jiang)冰箱鎖(suo)(suo)住。孩子(zi)逐漸長大(da)，我(wo)們(men)不(bu)(bu)再(zai)需要鎖(suo)(suo)什么東西，因此(ci)將(jiang)鎖(suo)(suo)拿走。由于它是用可(ke)伸展材料(liao)制成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，我(wo)決定測試(shi)一(yi)下它的(de)(de)(de)(de)應變(bian)屬性(xing)(xing)。令人(ren)驚訝的(de)(de)(de)(de)是，它擁有極佳的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。”追(zhui)溯鎖(suo)(suo)的(de)(de)(de)(de)來源以及分(fen)析其組成(cheng)不(bu)(bu)是什么難事，最后(hou)，這(zhe)種(zhong)(zhong)神秘的(de)(de)(de)(de)聚合物(wu)“原來是聚丙(bing)烯酸橡膠，它可(ke)以提供極大(da)的(de)(de)(de)(de)應變(bian)和能(neng)(neng)(neng)量輸出，線(xian)性(xing)(xing)應變(bian)達(da)380%之(zhi)多。這(zhe)兩項進(jin)展使得(de)我(wo)們(men)能(neng)(neng)(neng)夠開始(shi)將(jiang)電絕(jue)緣橡膠應用到現實的(de)(de)(de)(de)致動器(qi)設備(bei)中。”該研(yan)究人(ren)員介紹(shao)說。

天然橡膠材料

SRI小組的(de)通用研(yan)究(jiu)方法比較(jiao)靈活，包括(kuo)許(xu)多種設(she)計、甚至(zhi)包括(kuo)不同的(de)聚(ju)合(he)物(wu)。正(zheng)如裴其冰所說：“這是一臺(tai)(tai)設(she)備(bei)，而不是一件材料(liao)。”據Pelrine稱，該小組能夠用不同的(de)聚(ju)合(he)物(wu)產(chan)(chan)生活化效應，包括(kuo)丙烯酸樹脂(zhi)和(he)硅樹脂(zhi)。甚至(zhi)天然(ran)橡(xiang)膠(jiao)也(ye)能產(chan)(chan)生一定效應。例如，在外部(bu)空間的(de)極(ji)端溫(wen)度(du)環境中，人造肌肉最好采用有(you)機硅塑料(liao)，已(yi)經證(zheng)明這種材料(liao)可(ke)(ke)以在零下(xia)(xia)100攝氏度(du)的(de)真空環境下(xia)(xia)工作。對于(yu)要求(qiu)更大(da)輸出力的(de)應用，可(ke)(ke)能需要更多的(de)聚(ju)合(he)物(wu)材料(liao)或(huo)者將(jiang)多臺(tai)(tai)設(she)備(bei)串聯或(huo)并聯。

SRI成(cheng)員von Guggenberg 估計：“由于可以買到電絕緣(yuan)橡膠的(de)現貨，而(er)且我們在每臺(tai)設備(bei)至多只(zhi)用(yong)到幾平方英尺的(de)材料(liao)，因此致(zhi)動器將會非常便宜，尤其是對于批量生產(chan)。”

激(ji)活電(dian)(dian)絕緣橡膠致動(dong)(dong)器的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)相(xiang)對(dui)較高(gao)，通常(chang)為1到(dao)(dao)5千伏(fu)，因此該設備可(ke)(ke)以(yi)(yi)在非(fei)常(chang)低的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)下運(yun)轉（一般(ban)而言，高(gao)電(dian)(dian)壓(ya)意味著低電(dian)(dian)流(liu)(liu)）。致動(dong)(dong)器還可(ke)(ke)以(yi)(yi)使(shi)用較細、不太貴(gui)的(de)(de)導線(xian)，并且可(ke)(ke)以(yi)(yi)保持相(xiang)當(dang)冷卻。Pelrine說：“在到(dao)(dao)達電(dian)(dian)場中止以(yi)(yi)及電(dian)(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)經(jing)（電(dian)(dian)極之間(jian)的(de)(de)）間(jian)隔的(de)(de)臨界點(dian)時，更高(gao)的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)將(jiang)產(chan)生更大(da)的(de)(de)膨脹和應力。”

更大的難題(ti)是(shi)(shi)高(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)要用(yong)于(yu)移動設備，因為電(dian)(dian)池通常是(shi)(shi)低電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的，因而還需要附加的變壓(ya)(ya)線圈(quan)。而且，在美(mei)國賓(bin)夕法(fa)尼亞州(zhou)州(zhou)立大學，張啟明（音）和他(ta)的研究小(xiao)組已經在嘗試通過將(jiang)某些電(dian)(dian)致(zhi)伸(shen)縮聚(ju)合(he)(he)物(wu)與(yu)其他(ta)物(wu)質結合(he)(he)生(sheng)成(cheng)合(he)(he)成(cheng)物(wu)，來降低它(ta)們的激活電(dian)(dian)壓(ya)(ya)。

當被問及電(dian)絕(jue)緣橡膠的(de)耐久性(xing)時，von Guggenberg承認還需要(yao)(yao)更多的(de)研究(jiu)，并且(qie)證實(shi)了一個“合(he)理跡象”，即(ji)他(ta)們(men)要(yao)(yao)繼(ji)續工作足夠長時間以實(shi)現(xian)商(shang)業化用(yong)途(tu)，“例如，我們(men)為(wei)一位客戶運行的(de)設備(bei)可產(chan)生(sheng)5-10%的(de)應變(bian)，循(xun)環(huan)1000萬次(ci)。”另一臺設備(bei)可產(chan)生(sheng)50%的(de)面積應變(bian)，循(xun)環(huan)100萬次(ci)。盡管人造肌肉設備(bei)比相應的(de)電(dian)動馬達要(yao)(yao)輕得多（聚(ju)合(he)物本身的(de)密度與(yu)水差不多），SRI仍在通(tong)過減少(shao)必要(yao)(yao)的(de)外部(bu)預應變(bian)設備(bei)，來努(nu)力減輕其質量。 2004年5月27號日本橫濱國立大學渡邊(bian)正義教授(shou)領導(dao)的(de)研究(jiu)小組開發出一種新型人造肌肉，用(yong)一節(jie)干電(dian)池即(ji)能驅(qu)動，用(yong)于(yu)微型機(ji)器和小型機(ji)器人的(de)關節(jie)部(bu)位十分(fen)合(he)適。

這種人(ren)造(zao)肌肉形(xing)狀像口香糖，長約5厘(li)米(mi)，寬(kuan)1厘(li)米(mi)，厚幾(ji)百微(wei)米(mi)。它由一(yi)種隨電(dian)壓變化而(er)伸縮的高分子(zi)材料與一(yi)種不易揮發的離(li)子(zi)液體(ti)混合制成，可以(yi)在正常環境(jing)下(xia)長期(qi)使用(yong)。如(ru)果在微(wei)型機器(qi)的關節和驅動部位(wei)裝上(shang)這種人(ren)造(zao)肌肉，它可像人(ren)的關節一(yi)樣發揮作用(yong)。