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基本介紹

人(ren)(ren)造(zao)肌(ji)肉(rou)又叫(jiao)電活性聚合物(wu)，是一種(zhong)新型智能高分子材(cai)料(liao)，它能夠在外加電場下，通過材(cai)料(liao)內部(bu)結(jie)構(gou)的(de)改變(bian)而伸(shen)縮、彎曲、束緊或(huo)膨脹，和生(sheng)物(wu)肌(ji)肉(rou)十分相(xiang)似(si)。醫學(xue)上，人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)是指能植入人(ren)(ren)體或(huo)能與生(sheng)物(wu)組織(zhi)或(huo)生(sheng)物(wu)流體相(xiang)接觸(chu)的(de)材(cai)料(liao)，有天然(ran)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)組織(zhi)的(de)功能或(huo)天然(ran)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)部(bu)件功能的(de)材(cai)料(liao)。根據制(zhi)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)使用(yong)(yong)的(de)材(cai)料(liao)以(yi)及其功能科(ke)學(xue)將人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)分為三種(zhong)：機(ji)械(xie)性人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)、半機(ji)械(xie)性半生(sheng)物(wu)性人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)、生(sheng)物(wu)性人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)。其中，前兩類型種(zhong)的(de)人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)移植后會讓(rang)患(huan)者產生(sheng)排(pai)斥反應，對受(shou)體來說，適無副作用(yong)(yong)的(de)是最后一種(zhong)也就(jiu)是生(sheng)物(wu)性人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)(guan)。

人(ren)造肌肉狀(zhuang)材料(liao)是(shi)根據生物(wu)學原理，由3種氨基酸(suan)(纈氨酸(suan)、脯氨酸(suan)和甘氨酸(suan))按一定(ding)順序排列而構成的，它(ta)類似于人(ren)的肌肉纖維，具有彈性(xing)，且能(neng)隨(sui)環(huan)境(jing)溫度和化學成分(如pH值)的變化而伸縮(suo)。由于它(ta)能(neng)模擬(ni)活體的生物(wu)過程，于是(shi)，人(ren)們把這種材料(liao)稱為生物(wu)聚(ju)合物(wu)。

產品設計

來自亞利桑那州(zhou)州(zhou)立(li)大學(xue)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)員西宮(gong)川(chuan)認為(wei)，人類(lei)的(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)肉是人四肢活(huo)動的(de)(de)(de)(de)馬(ma)達，只有生產出超級的(de)(de)(de)(de)人造(zao)(zao)肌(ji)(ji)肉和裝置，才(cai)能讓(rang)殘障人士的(de)(de)(de)(de)假(jia)肢恢復正常(chang)的(de)(de)(de)(de)功(gong)能，這(zhe)種新式(shi)的(de)(de)(de)(de)人造(zao)(zao)肌(ji)(ji)肉將(jiang)有可能治療神(shen)經肌(ji)(ji)肉型(xing)疾病帕金森氏癥。為(wei)此，科(ke)學(xue)家們利用生物仿生學(xue)，通過對蟾蜍和變色龍的(de)(de)(de)(de)肌(ji)(ji)肉的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)，打造(zao)(zao)出了這(zhe)種神(shen)奇(qi)的(de)(de)(de)(de)“生物馬(ma)達”。

科學家發現，一個(ge)蟾(chan)蜍的(de)(de)下(xia)(xia)(xia)巴(ba)肌肉(rou)能夠(gou)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)大于(yu)它(ta)自(zi)身體(ti)重700倍的(de)(de)力量(liang)(liang)，而(er)變(bian)色(se)龍捕食的(de)(de)時候(hou)，舌頭肌肉(rou)收縮(suo)時所(suo)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)力量(liang)(liang)也是(shi)非常(chang)驚人的(de)(de)。而(er)目前人類所(suo)制造(zao)(zao)的(de)(de)最(zui)好的(de)(de)機械設備(動力馬(ma)達)也只能產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)蟾(chan)蜍下(xia)(xia)(xia)巴(ba)肌肉(rou)的(de)(de)三分之(zhi)一的(de)(de)力量(liang)(liang)。對(dui)于(yu)這種(zhong)神奇的(de)(de)現象，科學家們(men)通(tong)過對(dui)蟾(chan)蜍和變(bian)色(se)龍的(de)(de)解(jie)剖(pou)尋找相(xiang)關的(de)(de)信(xin)息。他們(men)認(ren)為蟾(chan)蜍下(xia)(xia)(xia)巴(ba)的(de)(de)特殊構造(zao)(zao)是(shi)造(zao)(zao)成其(qi)肌肉(rou)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)強大力量(liang)(liang)的(de)(de)原因之(zhi)一，這種(zhong)構造(zao)(zao)可以在最(zui)短的(de)(de)時間(jian)內貯(zhu)存(cun)力量(liang)(liang)，適應肌肉(rou)所(suo)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)張力，在蟾(chan)蜍大腦的(de)(de)操縱下(xia)(xia)(xia)實現肌肉(rou)的(de)(de)迅(xun)速收縮(suo)。

亞利桑那州州立(li)大(da)學(xue)的(de)(de)(de)科(ke)學(xue)家(jia)中們從蟾蜍的(de)(de)(de)肌(ji)(ji)肉(rou)構造上獲得(de)靈感，設計出(chu)了一種“機(ji)器(qi)肌(ji)(ji)腱”，這(zhe)(zhe)種裝置可以模仿(fang)(fang)蟾蜍的(de)(de)(de)下巴肌(ji)(ji)肉(rou)迅速(su)收縮(suo)，產(chan)生(sheng)強大(da)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)。這(zhe)(zhe)種機(ji)器(qi)肌(ji)(ji)腱就是(shi)(shi)(shi)(shi)“生(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)”，也就是(shi)(shi)(shi)(shi)人(ren)(ren)造肌(ji)(ji)肉(rou)。再配合獨有(you)的(de)(de)(de)高(gao)端協調(diao)輔助(zhu)設備(bei)，可以使(shi)假肢等(deng)設備(bei)和(he)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)大(da)腦(nao)信號協調(diao)一致，從而提高(gao)假肢的(de)(de)(de)運動功能(neng)(neng)，實現殘(can)疾(ji)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)正(zheng)常生(sheng)活(huo)。但是(shi)(shi)(shi)(shi)科(ke)學(xue)家(jia)認為，這(zhe)(zhe)種模仿(fang)(fang)蟾蜍制造出(chu)的(de)(de)(de)人(ren)(ren)造肌(ji)(ji)肉(rou)最(zui)關(guan)(guan)鍵的(de)(de)(de)部分(fen)還是(shi)(shi)(shi)(shi)高(gao)端協調(diao)輔助(zhu)設備(bei)，只有(you)通過大(da)腦(nao)的(de)(de)(de)操縱實現功能(neng)(neng)才是(shi)(shi)(shi)(shi)生(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)最(zui)關(guan)(guan)鍵的(de)(de)(de)部分(fen)，這(zhe)(zhe)個關(guan)(guan)鍵部分(fen)還需要(yao)繼續的(de)(de)(de)研(yan)究探索。但是(shi)(shi)(shi)(shi)科(ke)學(xue)家(jia)表示，這(zhe)(zhe)種“生(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)”人(ren)(ren)造肌(ji)(ji)肉(rou)將會促進神(shen)經肌(ji)(ji)肉(rou)學(xue)的(de)(de)(de)研(yan)究和(he)發展，有(you)助(zhu)于對人(ren)(ren)類神(shen)經肌(ji)(ji)肉(rou)學(xue)的(de)(de)(de)擴展性研(yan)究，將生(sheng)物(wu)(wu)仿(fang)(fang)生(sheng)學(xue)和(he)生(sheng)物(wu)(wu)動力學(xue)有(you)機(ji)結(jie)合起(qi)來(lai)，這(zhe)(zhe)種神(shen)奇的(de)(de)(de)“生(sheng)物(wu)(wu)馬達(da)”堪稱神(shen)來(lai)之筆，不僅(jin)可以幫助(zhu)殘(can)疾(ji)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)生(sheng)活(huo)，還推(tui)動了科(ke)學(xue)家(jia)對于生(sheng)物(wu)(wu)仿(fang)(fang)生(sheng)技(ji)術的(de)(de)(de)發展。

科學家對人(ren)造(zao)肌肉(rou)的(de)研(yan)究(jiu)已經(jing)進行了幾十年，人(ren)造(zao)肌肉(rou)所用(yong)的(de)材料種類也很(hen)多，有塑(su)料、類似橡(xiang)膠的(de)聚合物、凝膠以(yi)及(ji)金屬，但是這(zhe)些材料做成的(de)人(ren)造(zao)肌肉(rou)面臨很(hen)多問題，比如需(xu)要消耗大量能(neng)(neng)量并且可(ke)能(neng)(neng)經(jing)常失效(xiao)而無(wu)法像真正(zheng)的(de)肌肉(rou)那樣能(neng)(neng)自我修補。

特色功能

活動(dong)自由(you)工作更持(chi)久

現行的(de)(de)機器人或機械手(shou)臂受(shou)到能(neng)(neng)(neng)量(liang)限制，只能(neng)(neng)(neng)在電源附(fu)近活動。因此，美國國防部高(gao)級(ji)計劃(hua)研究署一(yi)直希望能(neng)(neng)(neng)研發出一(yi)種(zhong)能(neng)(neng)(neng)像(xiang)人類(lei)一(yi)樣自(zi)由活動、而(er)(er)且(qie)自(zi)身可以(yi)供(gong)應能(neng)(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)新(xin)型裝置，于是便有了這種(zhong)超級(ji)仿(fang)生肌肉的(de)(de)模型。據研究人員介(jie)紹，這種(zhong)仿(fang)生肌肉的(de)(de)最大好處就是能(neng)(neng)(neng)量(liang)由燃(ran)料供(gong)應，以(yi)彌補電池功(gong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)諸多不足。仿(fang)生肌肉可以(yi)自(zi)由活動，而(er)(er)且(qie)能(neng)(neng)(neng)工作更長時(shi)間，不會因電池短命而(er)(er)動不了，也不必時(shi)刻綁(bang)個電源在身邊。

按(an)照研究(jiu)人(ren)員的設(she)想，仿生肌肉(rou)研制(zhi)成功后(hou)，將能完成人(ren)類和(he)(he)機(ji)器人(ren)各自無(wu)法獨立做到的事情。它(ta)能像人(ren)類一樣到處行動，能像自然(ran)手(shou)(shou)臂一樣靈活運用，還能“綁”在“外(wai)骨骼(ge)”上(shang)，使消(xiao)防員、士兵(bing)(bing)和(he)(he)宇航員等特殊行業的人(ren)擁有(you)超(chao)人(ren)般的力量。有(you)了它(ta)，也許(xu)消(xiao)防員就可(ke)以只(zhi)手(shou)(shou)撐起(qi)倒塌的建(jian)筑材料，而戰場上(shang)的士兵(bing)(bing)也可(ke)以變成不知(zhi)疲倦的“超(chao)人(ren)”。

比(bi)常人肌肉強100倍

為了實(shi)現這些功能，美(mei)韓兩國科學(xue)家聯手開發了兩種(zhong)仿生肌(ji)肉，以適應不同需要。

一種是把化(hua)學能(neng)轉化(hua)成電(dian)能(neng)。它(ta)用(yong)含有催化(hua)劑的(de)碳納(na)米管彎曲搭建出(chu)肌肉塊(kuai)、“燃料細胞”電(dian)極和超級電(dian)容器(qi)電(dian)極，它(ta)們會在充(chong)滿氫的(de)環境中，源(yuan)源(yuan)不斷地產生電(dian)源(yuan)。

另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)把化(hua)學能轉化(hua)成熱能。它利用(yong)氫和乙醇(chun)反應提供(gong)能量，配合特制的(de)記憶金(jin)屬絲(si)。例如，當溫度(du)降低時，金(jin)屬絲(si)就(jiu)會收縮，催化(hua)劑(ji)減少作用(yong)，人造(zao)肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)就(jiu)會放松(song)收縮。這種(zhong)方法(fa)打造(zao)出來的(de)人造(zao)肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)力量最(zui)大，舉力是(shi)正常骨骼肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)的(de)100倍(bei)以上(shang)。

有(you)循(xun)環(huan)系統也有(you)神(shen)經(jing)

不過(guo)目前(qian)看來(lai)，這兩種肌(ji)肉(rou)都沒(mei)有(you)一(yi)點(dian)(dian)肌(ji)肉(rou)的(de)樣子，它(ta)們只是一(yi)堆電線、懸臂和玻璃瓶。惟一(yi)能(neng)夠區別于機械臂的(de)特點(dian)(dian)就(jiu)是它(ta)們能(neng)夠像生物一(yi)樣“呼吸(xi)”：吸(xi)入氧氣，釋放乙醇和氫(qing)，提(ti)供能(neng)量。

這種情況完全(quan)可能(neng)。加拿大學者指出(chu)(chu)：“事實上，人造(zao)肌(ji)肉(rou)(rou)已成功復(fu)制出(chu)(chu)了很多(duo)生(sheng)物(wu)特(te)(te)點。比如說(shuo)，它(ta)(ta)有循(xun)環系統，氧和燃料可以通過循(xun)環系統輸送，為肌(ji)肉(rou)(rou)本身提(ti)供化學反(fan)應(ying)(ying)的場(chang)所，然(ran)后做出(chu)(chu)機械動作；它(ta)(ta)還(huan)有神經，由特(te)(te)殊電路組(zu)成，能(neng)夠做出(chu)(chu)反(fan)應(ying)(ying)并(bing)控制自己的行為；它(ta)(ta)還(huan)能(neng)存儲能(neng)量(liang)，并(bing)像(xiang)人類(lei)的肌(ji)肉(rou)(rou)一樣，直接對接觸做出(chu)(chu)判斷反(fan)應(ying)(ying)。”

其他信息

具體用途

人(ren)造肌(ji)肉伸(shen)縮(suo)性(xing)已能(neng)和(he)(he)人(ren)的(de)(de)肌(ji)肉相(xiang)媲美，材料(liao)自(zi)身性(xing)能(neng)決定，無需馬達、齒(chi)輪等復(fu)雜裝置，體積小、重量輕。研究人(ren)員稱(cheng)研發(fa)的(de)(de)兩(liang)種人(ren)造肌(ji)肉性(xing)能(neng)均非常突出，同時具(ju)備燃(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池和(he)(he)肌(ji)肉的(de)(de)功(gong)能(neng)。其(qi)中一采用了含催化(hua)(hua)劑的(de)(de)碳納米管電(dian)(dian)(dian)極(ji)，可(ke)作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)極(ji)將(jiang)(jiang)化(hua)(hua)學能(neng)轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)電(dian)(dian)(dian)能(neng)，級電(dian)(dian)(dian)容器的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)極(ji)來儲(chu)存電(dian)(dian)(dian)能(neng)，還可(ke)作(zuo)肌(ji)肉電(dian)(dian)(dian)極(ji)將(jiang)(jiang)電(dian)(dian)(dian)能(neng)再轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)機械能(neng)。另外一種是(shi)目前(qian)最(zui)強健的(de)(de)肌(ji)肉，是(shi)通過混合燃(ran)料(liao)和(he)(he)空氣(qi)中的(de)(de)氧氣(qi)發(fa)生(sheng)催化(hua)(hua)反(fan)應，將(jiang)(jiang)化(hua)(hua)學能(neng)能(neng)，升高的(de)(de)溫度可(ke)使制造肌(ji)肉的(de)(de)具(ju)有形狀(zhuang)記憶(yi)。

功能(neng)的金屬材料(liao)(liao)用力收縮(suo)，冷(leng)卻后(hou)肌肉脹(zhang)放(fang)松。由(you)于這種燃料(liao)(liao)電池肌肉所使用的外層涂有納米顆粒催(cui)化劑(ji)的形狀記憶金在(zai)市場上買到，這使得(de)(de)它(ta)尤其容(rong)易在(zai)自動裝置中得(de)(de)到應用。

這次新(xin)研制(zhi)成功(gong)的(de)(de)人造肌肉則解(jie)決(jue)了這些問(wen)題(ti)(ti)(ti)。研究人員使(shi)用(yong)更(geng)具有彈性且已(yi)經被(bei)廣(guang)泛應用(yong)的(de)(de)碳(tan)納米管（carbonnanotubes）取代其(qi)(qi)它(ta)金屬薄膜來充當電極，這樣(yang)就(jiu)避免了因重復使(shi)用(yong)導(dao)致金屬膜失效而出現的(de)(de)供電問(wen)題(ti)(ti)(ti)。另外，如果(guo)碳(tan)納米管某一部分(fen)出現問(wen)題(ti)(ti)(ti)，它(ta)周圍剩下的(de)(de)區(qu)(qu)域就(jiu)會將其(qi)(qi)自(zi)我封閉起來，使(shi)其(qi)(qi)不會導(dao)電，這樣(yang)就(jiu)防止了損壞影響(xiang)到其(qi)(qi)它(ta)區(qu)(qu)域。佩·齊平說，“我們對這個新(xin)裝置已(yi)經多次進(jin)行了類似的(de)(de)實驗，包括用(yong)大頭(tou)針將人造肌肉刺破(po)，結(jie)果(guo)證明它(ta)并沒有癱瘓，還能正常工作”。

更神奇(qi)的(de)是，這種能(neng)(neng)自我修復的(de)人造肌(ji)肉還能(neng)(neng)發電和儲存電能(neng)(neng)。當(dang)此人造肌(ji)肉在膨脹后收縮時，它(ta)自身(shen)碳納米(mi)管的(de)結構會進行重新排列，這是它(ta)就會產生一股小(xiao)小(xiao)的(de)電流。并且這股電流是可(ke)以(yi)儲存并加(jia)以(yi)利用的(de)，例如(ru)給下一次肌(ji)肉運動(dong)擴(kuo)張提供(gong)能(neng)(neng)量(liang)，或者貯存在電池里給類似(si)于iPod的(de)移動(dong)設(she)備充電。“它(ta)可(ke)以(yi)將(jiang)你(ni)輸(shu)送給它(ta)的(de)近(jin)70%的(de)能(neng)(neng)量(liang)保存下來，”

值得一(yi)提的(de)是(shi)，人(ren)造肌(ji)肉的(de)服務(wu)對(dui)象不僅僅是(shi)人(ren)類本身。研究者介紹(shao)，人(ren)造肌(ji)肉還能(neng)成為(wei)機(ji)器人(ren)、飛機(ji)、海洋艦隊等的(de)幫手。

由于乙醇產生的能量系(xi)數比(bi)電池(chi)等常規能源(yuan)高出(chu)30%，因此，人(ren)(ren)造肌(ji)肉(rou)可以安裝(zhuang)在機器人(ren)(ren)身上(shang)充當(dang)“電池(chi)”。還可以用在假肢上(shang)，給假肢新的力量。

此外，人(ren)(ren)造肌肉還可(ke)以當作飛(fei)機和艦(jian)艇的“外衣”。人(ren)(ren)造肌肉是由碳(tan)納米管(guan)制造而(er)成，“披”在(zai)運(yun)輸(shu)工具外面(mian)，可(ke)以使它們運(yun)行起來阻力更小、更順利。將來有(you)一(yi)天，人(ren)(ren)造肌肉甚至能夠替(ti)代金屬制的心臟(zang)起搏器，打造和人(ren)(ren)類身體更親近的新一(yi)代“人(ren)(ren)造心臟(zang)”。

主要產品

超強人造肌肉

美(mei)國和韓國研究(jiu)者聯(lian)手研究(jiu)出一(yi)種(zhong)超(chao)級仿生肌(ji)肉。這種(zhong)肌(ji)肉不僅力(li)量大得驚人，而且從來不會(hui)疲(pi)憊。這一(yi)發明可能最終用于(yu)消防隊員、宇航員或戰(zhan)士(shi)，為(wei)各條戰(zhan)線(xian)打造力(li)大無窮的“超(chao)人”隊伍。

新的(de)人工(gong)肌肉(rou)可以模仿肌肉(rou)收縮產生力量。將石蠟(la)嵌入經過編(bian)織形成一種特殊(shu)結構(gou)的(de)碳(tan)納米(mi)管纖維中，通過直接加熱(re)、電加熱(re)，或者使用一道閃光，石蠟(la)就會發(fa)生體積膨(peng)脹，使整(zheng)個“肌肉(rou)”膨(peng)脹。但由于(yu)碳(tan)納米(mi)管纖維特殊(shu)的(de)結構(gou)，“肌肉(rou)”的(de)長度會同時(shi)發(fa)生收縮，就產生了力量。

隨著通(tong)電(dian)和(he)斷電(dian)，肌肉絲(si)扭曲和(he)恢復(fu)所產(chan)生的扭力足以為微型彈射(she)器(qi)提供動力，在實驗室(shi)工作臺上發射(she)金屬箔片。研究人(ren)員決定建造一個彈射(she)器(qi)來展示此項新發明的奧妙。

這種“肌(ji)肉(rou)”的舉重(zhong)能(neng)力是(shi)同等尺寸的天(tian)然肌(ji)肉(rou)的200倍，如(ru)果按(an)重(zhong)量相(xiang)比，產(chan)生(sheng)的扭力高于大型電(dian)動發動機(ji)。但(dan)人(ren)工肌(ji)肉(rou)還不能(neng)完全吊起一架鋼琴，因為當前可行的生(sheng)產(chan)技(ji)術(shu)限(xian)制了(le)絲的重(zhong)量。

制造材料

壓電材料

自(zi)從(cong)1990年代中(zhong)期以來(lai)，Bar-Cohen一直(zhi)為經常(chang)變(bian)化(hua)的(de)(de)國際EAP研(yan)究人員團體充當非正式的(de)(de)協(xie)調人。回到該領域的(de)(de)萌芽時(shi)期，“我從(cong)科(ke)技(ji)(ji)論(lun)文上讀到的(de)(de)電活化(hua)聚合(he)物材料并(bing)不(bu)像廣告吹(chui)噓的(de)(de)那樣神奇，”他一邊回憶，一邊狡黠地笑(xiao)著(zhu)，“而(er)且(qie)(qie)當我從(cong)NASA獲得經費來(lai)研(yan)究該技(ji)(ji)術時(shi)，我不(bu)得不(bu)去了(le)解誰在(zai)(zai)做這個領域的(de)(de)工(gong)作(zuo)，以便從(cong)中(zhong)找到某(mou)些(xie)啟發。”僅在(zai)(zai)數年之內(nei)，Bar-Cohen就已(yi)掌(zhang)握了(le)足夠的(de)(de)知識，并(bing)且(qie)(qie)協(xie)助舉辦了(le)首屆關于該主題的(de)(de)科(ke)技(ji)(ji)研(yan)討會(hui)，開始出(chu)版一份EAP時(shi)事通訊(xun)，發布了(le)一個EAP網站(zhan)，還(huan)編寫了(le)兩部關于這項(xiang)新興技(ji)(ji)術的(de)(de)論(lun)著(zhu)。

在(zai)噴氣(qi)推進實驗室（JPL）院內的(de)一幢矮層研究建筑內，試驗臺(tai)上擺滿了(le)各種致動(dong)設備原型以(yi)及測試裝置，Bar-Cohen開始回顧他(ta)已經了(le)如指掌的(de)關于該領域的(de)歷史。他(ta)說(shuo)：“很長一段時間內，人們一直在(zai)尋找不用(yong)電(dian)動(dong)馬達就(jiu)可以(yi)移動(dong)物體的(de)方法，因為馬達對(dui)于許多應用(yong)而言顯得(de)太(tai)過笨重。在(zai)EPAs出現之前，馬達的(de)標準替代技(ji)術(shu)是(shi)壓(ya)電(dian)陶瓷，該技(ji)術(shu)曾(ceng)一度是(shi)研究的(de)熱點。”

在(zai)壓(ya)(ya)電材(cai)料(liao)中，機械應力可(ke)導致晶體電極化，而且(qie)反(fan)之(zhi)亦然。用電流(liu)刺激這種材(cai)料(liao)將使其(qi)變(bian)形(xing)(xing)；通過改變(bian)其(qi)形(xing)(xing)狀可(ke)以產(chan)生(sheng)電。 Bar-Cohen從一張(zhang)實驗長椅上拿起一只淺灰(hui)色的小(xiao)碟(die)子(zi)，說：“這塊碟(die)子(zi)由PZT（鋯鈦酸鉛）制成。”他向(xiang)我們(men)解釋：電流(liu)使得(de)壓(ya)(ya)電PZT產(chan)生(sheng)收縮或者膨脹，幅度只有不到其(qi)總長度的百分之(zhi)一。盡管變(bian)形(xing)(xing)量很小(xiao)，但是卻有用處。

在(zai)隔壁(bi)的(de)(de)一(yi)(yi)間屋子中，Bar-Cohen出示了由(you)PZT碟子驅動的(de)(de)一(yi)(yi)英尺長(chang)的(de)(de)沖擊(ji)鉆(zhan)(zhan)，他(ta)(ta)正和JPL的(de)(de)同事以及(ji)Cybersonics公司的(de)(de)工程師們一(yi)(yi)起研制(zhi)這些PZT碟子。他(ta)(ta)介(jie)紹說：“在(zai)這個圓筒內是(shi)(shi)一(yi)(yi)疊壓電(dian)碟子，當被(bei)交流電(dian)激活時(shi)，這疊碟子將以超音速(su)拍(pai)打鉆(zhan)(zhan)頭，鉆(zhan)(zhan)頭則以高速(su)率上下跳躍(yue)，從而鉆(zhan)(zhan)入堅硬的(de)(de)巖(yan)石。”在(zai)另一(yi)(yi)側是(shi)(shi)幾堆(dui)石塊，石塊已(yi)經(jing)被(bei)鉆(zhan)(zhan)出很(hen)深的(de)(de)孔眼。

該鉆子(zi)作為一個范例，說明了用壓(ya)電(dian)(dian)陶瓷制作致(zhi)動器(qi)的有效性，的確讓人印(yin)象深刻(ke)。但(dan)是，在許多應用中，要求電(dian)(dian)活化材料的膨脹幅度超過百(bai)分之零點(dian)幾。

高分子液晶材料

高(gao)分子液(ye)晶(jing)是(shi)科(ke)學家們心目中的硅(gui)的理想替代物。過去，許(xu)多微觀研發工(gong)(gong)作(zuo)都是(shi)在硅(gui)材(cai)料的基礎上進行的。而(er)越來越多的科(ke)學家認為，高(gao)分子液(ye)晶(jing)聚(ju)(ju)合(he)物的柔韌性比(bi)硅(gui)好(hao)。對液(ye)晶(jing)聚(ju)(ju)合(he)體進行精細剪裁加(jia)工(gong)(gong)后(hou)，加(jia)工(gong)(gong)出的樣品對溫度變化、紫(zi)外線照射等特(te)定的外界刺激有相(xiang)應(ying)的反應(ying)，也比(bi)硅(gui)的敏(min)感程度高(gao)。而(er)且(qie)液(ye)晶(jing)聚(ju)(ju)合(he)物的制造成本比(bi)硅(gui)材(cai)料更(geng)低，加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝也更(geng)加(jia)簡單(dan)。

相比(bi)起硅(gui)制的(de)假肢(zhi)(zhi)，“人(ren)(ren)造(zao)肌肉”更顯神(shen)奇。20世紀(ji)80年代，科學家(jia)(jia)們(men)發現，在電流的(de)作用下，高(gao)分(fen)(fen)子(zi)液晶(jing)材(cai)(cai)料(liao)的(de)分(fen)(fen)子(zi)可以發生形變和扭曲，進而使材(cai)(cai)料(liao)本身產生收縮和彎曲——這非常類似于(yu)人(ren)(ren)類的(de)肌肉，于(yu)是科學家(jia)(jia)們(men)開始研究如何利用高(gao)分(fen)(fen)子(zi)液晶(jing)材(cai)(cai)料(liao)構造(zao)“人(ren)(ren)造(zao)肌肉”。傳(chuan)統的(de)機器人(ren)(ren)除了關節之外，四(si)肢(zhi)(zhi)不能自由活動，如果有(you)了“人(ren)(ren)造(zao)肌肉”，則他們(men)的(de)四(si)肢(zhi)(zhi)會更加靈活且發達(da)。

尼龍絲材料

尼(ni)龍絲這(zhe)(zhe)種令人意料之外的(de)(de)(de)功用(yong)，是在本周出版的(de)(de)(de)美(mei)國《科學(xue)》雜(za)志中(zhong)公(gong)布的(de)(de)(de)，而(er)這(zhe)(zhe)項研究的(de)(de)(de)參與者則是在美(mei)國德(de)克薩斯州(zhou)大學(xue)達拉(la)斯分校工作的(de)(de)(de)巴西科學(xue)家們。

這項(xiang)研(yan)究由Roy Baughman領(ling)導(dao)，他(ta)是在這項(xiang)領(ling)域中對世界貢獻最大(da)的(de)科學家(jia)之一(yi)。 同時，另外兩(liang)位科學家(jia)M?nica Jung de Andrade與Márcio Lima在美(mei)國相關機構攻讀完(wan)博士后課(ke)程，也加(jia)盟了這項(xiang)新研(yan)究。

研究顯示(shi)，能(neng)夠成(cheng)為制作(zuo)人造肌(ji)肉材料(liao)的(de)最重要特征，就(jiu)是此材料(liao)有能(neng)力在儲存大量能(neng)量的(de)同(tong)時以同(tong)樣的(de)方式保持肌(ji)肉的(de)活性。

另一個重要的指標就是這個制作材(cai)料的可逆轉(zhuan)性(xing)。因(yin)為研究顯(xian)示，除非一種材(cai)料在(zai)經歷幾千(qian)次儲存(cun)與釋放能量(liang)的過程中完全不損(sun)失其(qi)性(xing)能，否(fou)則就無(wu)法保持其(qi)強大的收縮力以保持肌肉活性(xing)。

在攻(gong)克(ke)這一難關的過程中，科學家(jia)(jia)們其實(shi)已經使用了(le)許多材料進行人造肌(ji)(ji)肉實(shi)驗(yan)(yan)。科學家(jia)(jia)們起初使用碳納米管來(lai)進行人造肌(ji)(ji)肉實(shi)驗(yan)(yan)，他們將該材料加(jia)熱，并(bing)且像真(zhen)正的肌(ji)(ji)肉一樣舉(ju)起重物，但是許多實(shi)驗(yan)(yan)材料的實(shi)驗(yan)(yan)結果卻并(bing)不理(li)想。

Márcio Lima向記(ji)者解釋道，解開這(zhe)個謎題的(de)(de)(de)關鍵就是研究員們找(zhao)到(dao)了某些纖維(wei)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)熱膨脹系(xi)數為負，這(zhe)就相(xiang)當于在加熱材(cai)料(liao)和(he)冷卻材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)，只(zhi)要控制好與應用好材(cai)料(liao)溫度的(de)(de)(de)變化，就能夠準確地在材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)運動(dong)過(guo)程中(zhong)保持材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)可逆轉性(xing)。

他說(shuo)道(dao)：“我們發(fa)現將纖(xian)維擰在一起形成一個(ge)彈(dan)簧或者線圈的(de)形狀能夠放大使(shi)用(yong)效果。之后我們又(you)實驗了許多更加便宜的(de)纖(xian)維材料，也達到了很(hen)好的(de)效果，尼(ni)龍絲就(jiu)是其中一種。”

這種材料的(de)最大(da)好處就(jiu)是在于價格便宜，因為(wei)這種尼龍(long)絲(si)(si)每斤(jin)只需花費15雷亞爾。而且(qie)在實驗中，這種尼龍(long)絲(si)(si)所(suo)制作的(de)人造肌肉，在100攝(she)氏(shi)度溫度變化內(nei)的(de)承重效果，比人體肌肉的(de)性能要強84倍之(zhi)多。

在未來，這種新型技術可(ke)能(neng)會應(ying)用(yong)于機器人制作、生物醫(yi)學工程（例如(ru)制造承重(zhong)性能(neng)強大(da)的(de)(de)假肢等等），甚至(zhi)在紡(fang)織行業也可(ke)以應(ying)用(yong)。例如(ru)，在嚴熱或(huo)寒冷(leng)的(de)(de)天氣(qi)中，你可(ke)以打(da)開或(huo)關閉衣服上用(yong)該尼龍(long)絲(si)科(ke)技制成(cheng)的(de)(de)“氣(qi)孔”，以達到調節溫度的(de)(de)目的(de)(de)。

SRI小組的領(ling)導(dao)者Ron Pelrine介(jie)紹說：“在與(yu)日(ri)本簽署微(wei)型機(ji)器(qi)(qi)計劃（Japanese micro-machine program）合同之(zhi)后(hou)，斯坦(tan)福研究(jiu)院（SRI INTERNATIONAL）從1992年開始研究(jiu)人(ren)造肌肉(rou)。”他從前是一名物(wu)理學家，轉行(xing)做(zuo)機(ji)械(xie)工程師(shi)。日(ri)本官方在尋找一種新型的微(wei)致(zhi)動(dong)器(qi)(qi)技術。幾位(wei)SRI研究(jiu)人(ren)員開始尋找一種在力(li)學、沖程（線性(xing)位(wei)移(yi)）以及應變（單位(wei)長度或(huo)單位(wei)面積的位(wei)移(yi)量）等方面的性(xing)質與(yu)自然肌肉(rou)類似的致(zhi)動(dong)材料(liao)。

“我們(men)考察了一大堆有希(xi)望的活(huo)化(hua)技術，”Pelrine回憶道。然而(er)(er)，他們(men)最終選擇了電(dian)致(zhi)伸縮(suo)聚合物，當時來自(zi)路(lu)特(te)葛斯(si)大學(xue)（Rutgers University）的Jerry Scheinbeim正在研(yan)究(jiu)這種(zhong)材料。這種(zhong)聚合物中的碳氫(qing)分(fen)子以半晶體點陣的方式排(pai)列，而(er)(er)這種(zhong)晶陣具有類似壓電(dian)的屬性。

當(dang)處(chu)于電場中時，所(suo)有的絕緣(yuan)塑料(liao)（例如聚(ju)亞(ya)安酯）將會沿電力(li)線(xian)(xian)的方(fang)向收(shou)縮，同時沿垂直于電力(li)線(xian)(xian)的方(fang)向膨脹(zhang)。這種現象與電致伸縮不同，被稱為麥克斯(si)韋(wei)應力(li)。Pelrine 說：“這種現象早就(jiu)為人們所(suo)熟知，但一直被當(dang)作是一種很(hen)麻煩的效應。”

他(ta)意識到，比聚亞安酯更軟(ruan)的(de)聚合(he)物在靜電吸(xi)引作用下將更容(rong)易擠壓，因而可(ke)以提供更大的(de)機械應變。通(tong)過(guo)對(dui)軟(ruan)硅(gui)樹脂進行(xing)試(shi)驗，SRI的(de)科(ke)學家(jia)很快證明其應變在10-15%之間，這(zhe)十分(fen)合(he)意。經過(guo)進一(yi)步研究，這(zhe)個數字還可(ke)以提高(gao)到20-30%。為(wei)了區別這(zhe)種新的(de)致動器材料(liao)(liao)，硅(gui)樹脂和(he)其他(ta)較軟(ruan)的(de)材料(liao)(liao)被命(ming)名(ming)為(wei)電絕緣橡膠（dielectric elastomers）（也(ye)被稱為(wei)電場活化聚合(he)物。）

在(zai)確定出幾種有前途(tu)的(de)(de)聚合物材料之(zhi)后，在(zai)1990年(nian)代剩余的(de)(de)大部分時間內，該小(xiao)組將注意力集(ji)中(zhong)(zhong)于研(yan)制特定設備應用(yong)的(de)(de)具體細節。當時，該SRI研(yan)究小(xiao)組新的(de)(de)外部經費支持和研(yan)究方(fang)向由美(mei)國(guo)國(guo)防高級研(yan)究計(ji)劃局（DARPA）和海(hai)軍研(yan)究中(zhong)(zhong)心（Office of Naval Research）提供，其主管的(de)(de)首(shou)要(yao)興趣在(zai)于將該技術用(yong)于軍事目的(de)(de)，包(bao)括小(xiao)型(xing)偵察機器人以及輕型(xing)發電機。

由于(yu)橡膠開始表(biao)現出大(da)得(de)多(duo)的(de)應變，工程師(shi)意識到電(dian)極(ji)也必須(xu)是可以膨脹的(de)。普(pu)通金屬電(dian)極(ji)無(wu)法伸長，除非將其割(ge)裂(lie)。Pelrine提到：“起(qi)先，人(ren)們(men)(men)不(bu)用為這(zhe)個(ge)問題操心，因(yin)為他(ta)們(men)(men)研究的(de)材料所(suo)提供的(de)應變只有1%左右。”最后，該研究小組開發(fa)出一(yi)種基于(yu)在橡膠陣列（elastomeric matrix）中(zhong)填充(chong)碳粒的(de)屈從電(dian)極(ji)。他(ta)指出：“由于(yu)電(dian)極(ji)和(he)塑料一(yi)起(qi)膨脹，它們(men)(men)可以在整(zheng)個(ge)活動區(qu)域之間保持電(dian)場(chang)。”SRI International為該概念申請了專利(li)，它是后來人(ren)造肌(ji)肉技(ji)術的(de)關鍵之一(yi)。

Pelrine急(ji)于(yu)向我們(men)展示，他(ta)拿(na)出一個15厘米見方看上(shang)去像相框(kuang)的東西，其兩面(mian)的塑料包夾(jia)由(you)于(yu)膨脹(zhang)而緊繃著。“看，這種(zhong)(zhong)聚合物材料延展性非常好，”他(ta)說，同時用一只手(shou)指按入其透明(ming)薄(bo)膜。“它實際上(shang)是(shi)一種(zhong)(zhong)雙面(mian)膠(jiao)帶，一大卷的價格很便宜。”在中間夾(jia)片(pian)的兩面(mian)是(shi)黑色、鎳幣大小的電極，連著導線。

Pelrine擰(ning)開(kai)電(dian)(dian)源(yuan)的(de)控制(zhi)旋(xuan)(xuan)鈕。立刻，黑色的(de)圓形電(dian)(dian)極(ji)(ji)對開(kai)始膨脹，直(zhi)徑增(zeng)加了四(si)分之(zhi)一。當(dang)(dang)他將旋(xuan)(xuan)鈕擰(ning)回到原(yuan)來位置時，電(dian)(dian)極(ji)(ji)馬(ma)上又收縮至原(yuan)狀(zhuang)態。他咧嘴笑了笑，并(bing)且重復(fu)操作了好幾次，解釋說：“根本(ben)上，我(wo)們的(de)設備(bei)就(jiu)是(shi)電(dian)(dian)容，也(ye)就(jiu)是(shi)兩塊平(ping)行(xing)的(de)充電(dian)(dian)平(ping)板，中間(jian)夾(jia)著電(dian)(dian)絕緣材料。當(dang)(dang)電(dian)(dian)源(yuan)接通時，正負電(dian)(dian)荷分別在相反的(de)電(dian)(dian)極(ji)(ji)上積(ji)累(lei)。電(dian)(dian)極(ji)(ji)平(ping)板互(hu)相吸引并(bing)且擠壓中間(jian)的(de)絕緣聚(ju)合物，并(bing)且聚(ju)合物的(de)面積(ji)擴大。”

盡管已經確定(ding)出幾種(zhong)有前途的材料，要(yao)想在實際設備中(zhong)實現可(ke)接受的性能(neng)的確是一個挑戰。然而(er)，該(gai)小組在1999年取得的一系(xi)列突破(po)引起了美國政府(fu)及工業(ye)界相當的興(xing)趣。

有人通(tong)過觀察發(fa)現，在(zai)(zai)電(dian)(dian)活化(hua)聚合物材(cai)料之(zhi)前(qian)預先(xian)拉伸(shen)它(ta)，將大大提(ti)(ti)高(gao)其(qi)性能(neng)。小組的(de)另一位(wei)成員(yuan)Roy Kornbluh工程師回憶說(shuo)：“我們開始注(zhu)意到(dao)存在(zai)(zai)一個(ge)甜區（sweet point），這時可以獲得(de)最優性能(neng)。沒有人確切(qie)地知(zhi)道為什么，但(dan)是預拉伸(shen)聚合物可以使(shi)擊穿強度【電(dian)(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)電(dian)(dian)流(liu)通(tong)路（passage of current）的(de)阻力】增(zeng)加(jia)100倍之(zhi)多。”電(dian)(dian)活化(hua)應(ying)變提(ti)(ti)高(gao)的(de)幅度與之(zhi)類似。盡管原因(yin)還不是很(hen)清楚，SRI的(de)化(hua)學(xue)家裴其(qi)冰（音(yin)）認為：“預拉伸(shen)可沿(yan)平面(mian)膨脹方(fang)向定(ding)位(wei)分子鏈，并且材(cai)料使(shi)得(de)沿(yan)該方(fang)向更(geng)加(jia)堅硬(ying)。”為了獲得(de)預拉伸(shen)效果，SRI的(de)致動(dong)器設(she)備(bei)采用了一個(ge)外部支(zhi)撐結構。

第二項關鍵發現(xian)得(de)益于研究(jiu)人(ren)(ren)(ren)員“測(ce)(ce)試我(wo)(wo)(wo)們(men)所知道的(de)每一種可(ke)伸展(zhan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)，我(wo)(wo)(wo)們(men)稱之為愛(ai)迪(di)(di)生(sheng)(sheng)方(fang)法，”Pelrine愉快地(di)告訴我(wo)(wo)(wo)們(men)。（為找到合適(shi)的(de)電燈燈絲材(cai)(cai)(cai)料(liao)，托馬(ma)斯(si)·愛(ai)迪(di)(di)生(sheng)(sheng)系統地(di)試驗(yan)過各種材(cai)(cai)(cai)質。）“在(zai)我(wo)(wo)(wo)家(jia)里，為了(le)不(bu)讓我(wo)(wo)(wo)那剛(gang)會(hui)走路(lu)的(de)孩子亂拿東西，我(wo)(wo)(wo)們(men)用一把(ba)以聚(ju)合物材(cai)(cai)(cai)料(liao)做(zuo)的(de)門鎖(suo)(suo)將冰(bing)箱鎖(suo)(suo)住。孩子逐漸長(chang)大，我(wo)(wo)(wo)們(men)不(bu)再需要鎖(suo)(suo)什么東西，因此將鎖(suo)(suo)拿走。由(you)于它(ta)是(shi)用可(ke)伸展(zhan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)制成(cheng)的(de)，我(wo)(wo)(wo)決定測(ce)(ce)試一下(xia)它(ta)的(de)應(ying)(ying)變(bian)屬性。令人(ren)(ren)(ren)驚訝的(de)是(shi)，它(ta)擁有(you)極(ji)佳的(de)性能(neng)。”追溯鎖(suo)(suo)的(de)來(lai)源以及(ji)分析其組(zu)成(cheng)不(bu)是(shi)什么難(nan)事，最后，這種神秘的(de)聚(ju)合物“原來(lai)是(shi)聚(ju)丙烯酸橡膠，它(ta)可(ke)以提供極(ji)大的(de)應(ying)(ying)變(bian)和能(neng)量輸出，線性應(ying)(ying)變(bian)達380%之多(duo)。這兩項進展(zhan)使得(de)我(wo)(wo)(wo)們(men)能(neng)夠開(kai)始將電絕緣橡膠應(ying)(ying)用到現(xian)實的(de)致動器(qi)設備中。”該(gai)研究(jiu)人(ren)(ren)(ren)員介紹說。

天然橡膠材料

SRI小組的(de)(de)通用研究方法比較靈活，包括許(xu)多種(zhong)設計、甚至(zhi)包括不(bu)(bu)同的(de)(de)聚(ju)合(he)物(wu)。正如(ru)(ru)裴其冰所說：“這是(shi)一臺設備，而不(bu)(bu)是(shi)一件材料。”據Pelrine稱(cheng)，該(gai)小組能夠用不(bu)(bu)同的(de)(de)聚(ju)合(he)物(wu)產生活化效(xiao)應，包括丙烯酸樹脂(zhi)和硅樹脂(zhi)。甚至(zhi)天然(ran)橡膠(jiao)也(ye)能產生一定效(xiao)應。例如(ru)(ru)，在(zai)外(wai)部空間的(de)(de)極端溫度(du)環境(jing)中，人造肌肉最好采用有機硅塑料，已(yi)經證明這種(zhong)材料可以(yi)在(zai)零下100攝氏度(du)的(de)(de)真空環境(jing)下工作。對于要求更大輸出力的(de)(de)應用，可能需要更多的(de)(de)聚(ju)合(he)物(wu)材料或(huo)者將多臺設備串聯或(huo)并聯。

SRI成員von Guggenberg 估計(ji)：“由于(yu)可以(yi)買到(dao)電絕緣橡膠的(de)現貨，而且我們(men)在每臺設備至多(duo)只用到(dao)幾平方(fang)英尺的(de)材料，因此(ci)致動器(qi)將會(hui)非常便宜(yi)，尤其是對于(yu)批量(liang)生產。”

激活(huo)電(dian)絕緣橡(xiang)膠致動(dong)器的(de)電(dian)壓相對較高(gao)，通常為(wei)1到(dao)5千伏，因此該(gai)設(she)備(bei)可以(yi)在非常低的(de)電(dian)流下運轉（一般而言，高(gao)電(dian)壓意味著低電(dian)流）。致動(dong)器還可以(yi)使(shi)用(yong)較細、不(bu)太(tai)貴的(de)導線，并且(qie)可以(yi)保持相當冷卻(que)。Pelrine說：“在到(dao)達電(dian)場中止以(yi)及(ji)電(dian)流流經（電(dian)極之間(jian)的(de)）間(jian)隔的(de)臨界點(dian)時，更高(gao)的(de)電(dian)壓將(jiang)產生更大的(de)膨脹(zhang)和(he)應力。”

更大的(de)難題是(shi)高(gao)電(dian)壓(ya)要(yao)用于移動設備，因為電(dian)池通常是(shi)低(di)(di)電(dian)壓(ya)的(de)，因而還需要(yao)附(fu)加的(de)變(bian)壓(ya)線圈。而且，在(zai)美(mei)國(guo)賓夕法尼亞(ya)州州立(li)大學，張啟明（音）和(he)他的(de)研究(jiu)小組已(yi)經在(zai)嘗試通過將(jiang)某些電(dian)致伸縮聚合物與其他物質結合生成(cheng)合成(cheng)物，來降低(di)(di)它們的(de)激活電(dian)壓(ya)。

當被問(wen)及電絕緣橡膠的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)久性(xing)時(shi)，von Guggenberg承認還需要更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)，并(bing)且證實了(le)一(yi)個“合(he)理跡象(xiang)”，即(ji)他們(men)要繼續工作足夠(gou)長時(shi)間以(yi)實現(xian)商業化用(yong)(yong)途(tu)，“例如(ru)，我們(men)為一(yi)位客戶運行的(de)(de)(de)(de)(de)設備可產生5-10%的(de)(de)(de)(de)(de)應變，循環1000萬次。”另一(yi)臺設備可產生50%的(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)積(ji)應變，循環100萬次。盡管人造肌肉設備比相應的(de)(de)(de)(de)(de)電動(dong)馬達要輕(qing)得多（聚(ju)合(he)物(wu)本身的(de)(de)(de)(de)(de)密度與(yu)水差不多），SRI仍在通過(guo)減(jian)少必(bi)要的(de)(de)(de)(de)(de)外部預(yu)應變設備，來努力減(jian)輕(qing)其質量。 2004年5月27號日本橫濱國(guo)立大學渡邊(bian)正義教授領導(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)小組開發出一(yi)種新型人造肌肉，用(yong)(yong)一(yi)節干電池即(ji)能驅動(dong)，用(yong)(yong)于微(wei)型機器和小型機器人的(de)(de)(de)(de)(de)關節部位十分合(he)適。

這種(zhong)人造肌肉形狀像(xiang)口香糖，長約5厘米，寬1厘米，厚幾百微米。它(ta)由一種(zhong)隨電壓變化而伸縮的(de)(de)高分子材料與(yu)一種(zhong)不易揮(hui)(hui)發(fa)的(de)(de)離(li)子液體混合制(zhi)成，可(ke)以(yi)在正常環境下長期使用(yong)。如(ru)果在微型機器的(de)(de)關節和驅動(dong)部位裝上這種(zhong)人造肌肉，它(ta)可(ke)像(xiang)人的(de)(de)關節一樣(yang)發(fa)揮(hui)(hui)作用(yong)。