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基本介紹

人(ren)(ren)(ren)造肌肉又叫(jiao)電(dian)活(huo)性(xing)聚合物(wu)，是(shi)(shi)一種(zhong)新型(xing)智能(neng)(neng)(neng)高分(fen)子材料，它能(neng)(neng)(neng)夠在外加電(dian)場下，通(tong)過(guo)材料內部結構(gou)的(de)改變而伸縮、彎曲、束緊(jin)或膨(peng)脹，和生(sheng)(sheng)物(wu)肌肉十(shi)分(fen)相似。醫學上，人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)是(shi)(shi)指能(neng)(neng)(neng)植入人(ren)(ren)(ren)體或能(neng)(neng)(neng)與生(sheng)(sheng)物(wu)組(zu)織或生(sheng)(sheng)物(wu)流體相接觸的(de)材料，有天(tian)然器(qi)官(guan)組(zu)織的(de)功能(neng)(neng)(neng)或天(tian)然器(qi)官(guan)部件(jian)功能(neng)(neng)(neng)的(de)材料。根據(ju)制(zhi)造器(qi)官(guan)使用(yong)的(de)材料以及其功能(neng)(neng)(neng)科學將人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)分(fen)為三種(zhong)：機械性(xing)人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)、半機械性(xing)半生(sheng)(sheng)物(wu)性(xing)人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)、生(sheng)(sheng)物(wu)性(xing)人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)。其中，前(qian)兩類型(xing)種(zhong)的(de)人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)移植后會讓(rang)患者產生(sheng)(sheng)排斥(chi)反(fan)應(ying)，對受體來(lai)說，適無副作用(yong)的(de)是(shi)(shi)最后一種(zhong)也就是(shi)(shi)生(sheng)(sheng)物(wu)性(xing)人(ren)(ren)(ren)造器(qi)官(guan)。

人造肌肉(rou)狀材料(liao)是(shi)根(gen)據(ju)生(sheng)(sheng)物(wu)學原理，由3種(zhong)(zhong)氨基酸(纈氨酸、脯(fu)氨酸和(he)甘(gan)氨酸)按一定順(shun)序排列而構成的，它類似于人的肌肉(rou)纖維，具有(you)彈性，且能隨環境溫(wen)度和(he)化學成分(fen)(如(ru)pH值)的變化而伸縮(suo)。由于它能模(mo)擬活體的生(sheng)(sheng)物(wu)過程(cheng)，于是(shi)，人們(men)把這種(zhong)(zhong)材料(liao)稱為生(sheng)(sheng)物(wu)聚合物(wu)。

產品設計

來(lai)自亞利桑那州(zhou)州(zhou)立(li)大學(xue)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)員西宮川(chuan)認為，人(ren)類(lei)的(de)(de)(de)(de)肌(ji)肉是人(ren)四(si)肢(zhi)活動的(de)(de)(de)(de)馬達，只(zhi)有生產出超級的(de)(de)(de)(de)人(ren)造肌(ji)肉和裝(zhuang)置(zhi)，才能(neng)讓殘障(zhang)人(ren)士的(de)(de)(de)(de)假肢(zhi)恢復正常(chang)的(de)(de)(de)(de)功能(neng)，這種新式(shi)的(de)(de)(de)(de)人(ren)造肌(ji)肉將有可能(neng)治療神(shen)經(jing)肌(ji)肉型疾病帕(pa)金森(sen)氏癥。為此(ci)，科學(xue)家們利用(yong)生物仿生學(xue)，通過對蟾蜍和變色龍(long)的(de)(de)(de)(de)肌(ji)肉的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)，打造出了(le)這種神(shen)奇(qi)的(de)(de)(de)(de)“生物馬達”。

科學(xue)家發(fa)現(xian)(xian)，一(yi)(yi)個蟾(chan)(chan)(chan)蜍(chu)(chu)的(de)(de)下(xia)巴肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)能夠產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)大于它自身體重700倍的(de)(de)力(li)量(liang)，而變色(se)龍捕食的(de)(de)時(shi)(shi)候，舌(she)頭(tou)肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)收縮時(shi)(shi)所產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)力(li)量(liang)也是(shi)非常驚人的(de)(de)。而目前人類(lei)所制造(zao)(zao)的(de)(de)最好的(de)(de)機械設備(動力(li)馬達)也只(zhi)能產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)蟾(chan)(chan)(chan)蜍(chu)(chu)下(xia)巴肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)的(de)(de)三分之一(yi)(yi)的(de)(de)力(li)量(liang)。對于這(zhe)種(zhong)神奇的(de)(de)現(xian)(xian)象，科學(xue)家們通過對蟾(chan)(chan)(chan)蜍(chu)(chu)和變色(se)龍的(de)(de)解剖(pou)尋找相關(guan)的(de)(de)信息(xi)。他們認為蟾(chan)(chan)(chan)蜍(chu)(chu)下(xia)巴的(de)(de)特殊構造(zao)(zao)是(shi)造(zao)(zao)成其肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)強(qiang)大力(li)量(liang)的(de)(de)原因之一(yi)(yi)，這(zhe)種(zhong)構造(zao)(zao)可以在(zai)最短的(de)(de)時(shi)(shi)間內貯(zhu)存力(li)量(liang)，適應肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)所產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)張力(li)，在(zai)蟾(chan)(chan)(chan)蜍(chu)(chu)大腦的(de)(de)操縱下(xia)實現(xian)(xian)肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)的(de)(de)迅速收縮。

亞利桑那州(zhou)州(zhou)立大學(xue)的(de)(de)(de)科學(xue)家(jia)(jia)(jia)中(zhong)們從蟾(chan)蜍的(de)(de)(de)肌(ji)肉(rou)(rou)構(gou)造上獲得靈(ling)感(gan)，設計出了一種“機(ji)器肌(ji)腱”，這(zhe)種裝置可(ke)以(yi)(yi)模仿蟾(chan)蜍的(de)(de)(de)下巴肌(ji)肉(rou)(rou)迅速收縮(suo)，產生(sheng)(sheng)強(qiang)大的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)。這(zhe)種機(ji)器肌(ji)腱就(jiu)是(shi)(shi)“生(sheng)(sheng)物(wu)馬達”，也就(jiu)是(shi)(shi)人(ren)(ren)(ren)(ren)造肌(ji)肉(rou)(rou)。再配合(he)獨(du)有(you)(you)的(de)(de)(de)高端協調(diao)輔助設備，可(ke)以(yi)(yi)使假肢等(deng)設備和(he)(he)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)大腦信號協調(diao)一致(zhi)，從而提(ti)高假肢的(de)(de)(de)運動功能(neng)，實現(xian)殘疾人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)正常(chang)生(sheng)(sheng)活(huo)。但是(shi)(shi)科學(xue)家(jia)(jia)(jia)認為，這(zhe)種模仿蟾(chan)蜍制造出的(de)(de)(de)人(ren)(ren)(ren)(ren)造肌(ji)肉(rou)(rou)最(zui)關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)的(de)(de)(de)部(bu)(bu)分(fen)還(huan)是(shi)(shi)高端協調(diao)輔助設備，只有(you)(you)通過(guo)大腦的(de)(de)(de)操縱實現(xian)功能(neng)才是(shi)(shi)生(sheng)(sheng)物(wu)馬達最(zui)關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)的(de)(de)(de)部(bu)(bu)分(fen)，這(zhe)個關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)部(bu)(bu)分(fen)還(huan)需要繼續的(de)(de)(de)研究探索(suo)。但是(shi)(shi)科學(xue)家(jia)(jia)(jia)表(biao)示，這(zhe)種“生(sheng)(sheng)物(wu)馬達”人(ren)(ren)(ren)(ren)造肌(ji)肉(rou)(rou)將會(hui)促進神經(jing)肌(ji)肉(rou)(rou)學(xue)的(de)(de)(de)研究和(he)(he)發展(zhan)，有(you)(you)助于對(dui)人(ren)(ren)(ren)(ren)類神經(jing)肌(ji)肉(rou)(rou)學(xue)的(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)性研究，將生(sheng)(sheng)物(wu)仿生(sheng)(sheng)學(xue)和(he)(he)生(sheng)(sheng)物(wu)動力學(xue)有(you)(you)機(ji)結合(he)起來(lai)，這(zhe)種神奇的(de)(de)(de)“生(sheng)(sheng)物(wu)馬達”堪稱(cheng)神來(lai)之筆，不僅(jin)可(ke)以(yi)(yi)幫助殘疾人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)活(huo)，還(huan)推(tui)動了科學(xue)家(jia)(jia)(jia)對(dui)于生(sheng)(sheng)物(wu)仿生(sheng)(sheng)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)發展(zhan)。

科學家對人(ren)造肌(ji)肉的(de)研究(jiu)已經進行(xing)了(le)幾十年，人(ren)造肌(ji)肉所用的(de)材(cai)料(liao)種類也很多，有塑料(liao)、類似橡膠的(de)聚合(he)物(wu)、凝膠以及(ji)金(jin)屬，但(dan)是這些材(cai)料(liao)做成(cheng)的(de)人(ren)造肌(ji)肉面臨(lin)很多問題，比(bi)如需要消(xiao)耗(hao)大(da)量能(neng)量并(bing)且可能(neng)經常失效(xiao)而無法(fa)像真(zhen)正(zheng)的(de)肌(ji)肉那樣能(neng)自(zi)我修(xiu)補。

特色功能

活(huo)動自由工(gong)作更持久

現(xian)行的(de)(de)機器人或機械手臂受到能量限制，只能在(zai)電(dian)(dian)源附近活動(dong)。因此，美國(guo)國(guo)防部高級(ji)(ji)計劃研究署(shu)一(yi)直希望能研發出一(yi)種(zhong)能像(xiang)人類一(yi)樣自由活動(dong)、而且自身可以(yi)(yi)供應(ying)(ying)能量的(de)(de)新型裝置，于是便(bian)有(you)了這(zhe)種(zhong)超級(ji)(ji)仿(fang)生肌(ji)肉的(de)(de)模型。據研究人員(yuan)介紹(shao)，這(zhe)種(zhong)仿(fang)生肌(ji)肉的(de)(de)最大好處就是能量由燃料供應(ying)(ying)，以(yi)(yi)彌補(bu)電(dian)(dian)池功能的(de)(de)諸多(duo)不(bu)足。仿(fang)生肌(ji)肉可以(yi)(yi)自由活動(dong)，而且能工作更長(chang)時間，不(bu)會因電(dian)(dian)池短命而動(dong)不(bu)了，也不(bu)必(bi)時刻(ke)綁個電(dian)(dian)源在(zai)身邊。

按照研(yan)究人(ren)員的(de)(de)設想，仿(fang)生肌肉(rou)研(yan)制(zhi)成(cheng)功后，將能(neng)完成(cheng)人(ren)類(lei)和機(ji)器人(ren)各自(zi)無法獨(du)立(li)做到的(de)(de)事情。它能(neng)像人(ren)類(lei)一樣到處行動(dong)，能(neng)像自(zi)然(ran)手(shou)臂(bei)一樣靈活運(yun)用，還能(neng)“綁”在“外骨(gu)骼”上(shang)，使消防員、士兵(bing)和宇航員等特殊行業的(de)(de)人(ren)擁有超人(ren)般的(de)(de)力(li)量。有了它，也許消防員就(jiu)可(ke)以只手(shou)撐起倒(dao)塌的(de)(de)建筑材(cai)料，而戰場上(shang)的(de)(de)士兵(bing)也可(ke)以變成(cheng)不(bu)知疲倦的(de)(de)“超人(ren)”。

比常人肌肉強100倍

為了實現(xian)這些(xie)功能，美韓兩(liang)國科學家聯手開發(fa)了兩(liang)種仿生肌肉，以適應不同(tong)需要。

一(yi)種(zhong)是把化(hua)學能(neng)(neng)轉化(hua)成電(dian)(dian)能(neng)(neng)。它(ta)用含有(you)催化(hua)劑的碳納米(mi)管彎曲搭(da)建出肌肉塊、“燃(ran)料細胞”電(dian)(dian)極和超級電(dian)(dian)容器電(dian)(dian)極，它(ta)們會在充滿氫的環境中(zhong)，源源不斷(duan)地產(chan)生電(dian)(dian)源。

另一種是把化(hua)學能轉化(hua)成(cheng)熱能。它利(li)用氫(qing)和乙醇反應提供能量(liang)，配合特(te)制(zhi)的(de)記憶金屬(shu)絲(si)。例如，當溫(wen)度降低時，金屬(shu)絲(si)就(jiu)會收縮，催化(hua)劑減少作(zuo)用，人造肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)就(jiu)會放松收縮。這(zhe)種方法打造出來的(de)人造肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)力量(liang)最大，舉力是正常骨骼肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)的(de)100倍(bei)以(yi)上(shang)。

有循(xun)環系統也(ye)有神(shen)經

不過目前看來，這兩種肌肉都沒有一點(dian)(dian)肌肉的樣子，它(ta)們只是一堆電線、懸臂和(he)(he)玻璃瓶。惟一能(neng)夠區別(bie)于機械臂的特點(dian)(dian)就是它(ta)們能(neng)夠像(xiang)生物一樣“呼吸(xi)”：吸(xi)入氧氣(qi)，釋放乙醇和(he)(he)氫，提供能(neng)量。

這種(zhong)情況完(wan)全可能(neng)。加拿大學者指出(chu)：“事實上，人造肌(ji)肉已成功復制出(chu)了很多生物特點。比如說，它有循環系(xi)統(tong)，氧(yang)和燃(ran)料可以通過循環系(xi)統(tong)輸送，為肌(ji)肉本身提供化學反應的場所，然后(hou)做(zuo)出(chu)機(ji)械動作；它還有神(shen)經，由特殊電路組成，能(neng)夠做(zuo)出(chu)反應并控制自(zi)己的行為；它還能(neng)存(cun)儲能(neng)量，并像人類的肌(ji)肉一樣，直接對接觸(chu)做(zuo)出(chu)判(pan)斷反應。”

其他信息

具體用途

人(ren)(ren)造肌(ji)肉(rou)(rou)伸縮性(xing)已能(neng)(neng)(neng)和(he)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)肌(ji)肉(rou)(rou)相媲美，材料(liao)自身性(xing)能(neng)(neng)(neng)決定，無需馬達、齒(chi)輪等復雜裝(zhuang)置，體積(ji)小(xiao)、重(zhong)量輕。研究人(ren)(ren)員稱研發(fa)的(de)(de)(de)(de)兩種人(ren)(ren)造肌(ji)肉(rou)(rou)性(xing)能(neng)(neng)(neng)均非常突出，同時具備燃(ran)料(liao)電(dian)(dian)池和(he)肌(ji)肉(rou)(rou)的(de)(de)(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)。其(qi)中一采(cai)用了(le)含催化劑的(de)(de)(de)(de)碳納米管電(dian)(dian)極(ji)(ji)，可(ke)(ke)作為(wei)燃(ran)料(liao)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)(ji)將(jiang)化學能(neng)(neng)(neng)轉(zhuan)化為(wei)電(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)，級電(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)(ji)來儲存電(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)，還(huan)可(ke)(ke)作肌(ji)肉(rou)(rou)電(dian)(dian)極(ji)(ji)將(jiang)電(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)再轉(zhuan)化為(wei)機械能(neng)(neng)(neng)。另外一種是目前最強健的(de)(de)(de)(de)肌(ji)肉(rou)(rou)，是通過(guo)混(hun)合燃(ran)料(liao)和(he)空(kong)氣中的(de)(de)(de)(de)氧氣發(fa)生催化反應，將(jiang)化學能(neng)(neng)(neng)能(neng)(neng)(neng)，升高(gao)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)可(ke)(ke)使制造肌(ji)肉(rou)(rou)的(de)(de)(de)(de)具有形狀記憶。

功(gong)能的金(jin)屬材(cai)料用力收(shou)縮(suo)，冷卻(que)后(hou)肌(ji)肉(rou)脹(zhang)放松(song)。由于這種燃(ran)料電池(chi)肌(ji)肉(rou)所使用的外層(ceng)涂有納米顆粒(li)催化劑的形狀記(ji)憶金(jin)在市場(chang)上買到，這使得它尤(you)其(qi)容易在自動裝置中得到應用。

這次(ci)新(xin)研制成功的人造肌肉則(ze)解決(jue)了這些問題(ti)。研究人員(yuan)使用(yong)(yong)更具有(you)彈性且(qie)已經被廣(guang)泛應用(yong)(yong)的碳(tan)納(na)米管(guan)（carbonnanotubes）取代其(qi)它(ta)金屬(shu)薄膜來充(chong)當電極，這樣就避免了因重復使用(yong)(yong)導(dao)致(zhi)金屬(shu)膜失效(xiao)而出(chu)(chu)現的供電問題(ti)。另外，如果碳(tan)納(na)米管(guan)某一(yi)部分出(chu)(chu)現問題(ti)，它(ta)周圍剩下的區(qu)域(yu)就會(hui)(hui)將其(qi)自我封閉起來，使其(qi)不會(hui)(hui)導(dao)電，這樣就防止了損壞影響到其(qi)它(ta)區(qu)域(yu)。佩·齊平說，“我們(men)對這個新(xin)裝置(zhi)已經多次(ci)進行了類似的實(shi)驗，包(bao)括用(yong)(yong)大頭(tou)針將人造肌肉刺破，結(jie)果證明它(ta)并沒有(you)癱瘓(huan)，還(huan)能正常工作(zuo)”。

更神奇(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)是，這(zhe)種(zhong)能(neng)自我修(xiu)復(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)人造肌肉還能(neng)發電(dian)和儲存(cun)電(dian)能(neng)。當此(ci)人造肌肉在膨脹后收縮時，它(ta)自身碳(tan)納米管的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構會進行(xing)重新排列(lie)，這(zhe)是它(ta)就(jiu)會產(chan)生一股小小的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)流。并且(qie)這(zhe)股電(dian)流是可以儲存(cun)并加以利用的(de)(de)(de)(de)(de)，例如給下(xia)一次肌肉運動擴張提供能(neng)量，或者貯存(cun)在電(dian)池里給類似(si)于(yu)iPod的(de)(de)(de)(de)(de)移動設(she)備充電(dian)。“它(ta)可以將你輸送給它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)近(jin)70%的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量保存(cun)下(xia)來，”

值得一提的(de)是，人(ren)造肌肉的(de)服務(wu)對象不僅僅是人(ren)類本身(shen)。研(yan)究者介(jie)紹，人(ren)造肌肉還能成(cheng)為機器人(ren)、飛機、海洋艦隊等的(de)幫(bang)手。

由于(yu)乙醇產(chan)生(sheng)的能量(liang)系數比(bi)電(dian)(dian)池等常(chang)規(gui)能源高出30%，因此，人造肌肉(rou)可(ke)(ke)以(yi)安裝在機(ji)器(qi)人身上充當“電(dian)(dian)池”。還(huan)可(ke)(ke)以(yi)用(yong)在假肢上，給假肢新(xin)的力量(liang)。

此外，人造肌肉還可以(yi)當作(zuo)飛機和艦艇的(de)“外衣”。人造肌肉是(shi)由碳納米(mi)管制(zhi)造而成(cheng)，“披”在運輸工具外面，可以(yi)使(shi)它們運行起來阻(zu)力更小、更順利。將來有(you)一(yi)天(tian)，人造肌肉甚至能夠替代(dai)金屬制(zhi)的(de)心臟(zang)起搏器(qi)，打造和人類身體更親近的(de)新(xin)一(yi)代(dai)“人造心臟(zang)”。

主要產品

超強人造肌肉

美國和(he)韓國研(yan)究者聯(lian)手研(yan)究出一(yi)種(zhong)超(chao)級仿生肌(ji)(ji)肉。這種(zhong)肌(ji)(ji)肉不僅(jin)力(li)量大得驚人(ren)，而(er)且從來不會疲憊。這一(yi)發明可能最終用(yong)于消防隊(dui)員(yuan)(yuan)、宇(yu)航員(yuan)(yuan)或戰(zhan)士(shi)，為各條(tiao)戰(zhan)線打造(zao)力(li)大無(wu)窮的“超(chao)人(ren)”隊(dui)伍(wu)。

新的(de)人工肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)可(ke)以模仿肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)收縮(suo)產生(sheng)力量(liang)。將(jiang)石(shi)蠟(la)嵌入經過(guo)編織(zhi)形(xing)成(cheng)一種特(te)殊(shu)結(jie)構的(de)碳(tan)納米管纖(xian)維中，通過(guo)直(zhi)接加熱、電加熱，或者使用一道(dao)閃光，石(shi)蠟(la)就會(hui)發(fa)生(sheng)體積膨(peng)脹(zhang)，使整個“肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)”膨(peng)脹(zhang)。但由(you)于碳(tan)納米管纖(xian)維特(te)殊(shu)的(de)結(jie)構，“肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)”的(de)長度(du)會(hui)同時發(fa)生(sheng)收縮(suo)，就產生(sheng)了(le)力量(liang)。

隨著通電和(he)斷電，肌肉(rou)絲(si)扭曲和(he)恢(hui)復(fu)所產生的扭力足(zu)以為微型彈射(she)器提供動力，在實驗室工(gong)作臺上發射(she)金屬(shu)箔片。研究人員決定建(jian)造(zao)一個(ge)彈射(she)器來展示此項新(xin)發明(ming)的奧妙。

這種“肌肉”的舉(ju)重(zhong)能力(li)是同(tong)等尺寸的天然肌肉的200倍，如果按重(zhong)量相比，產生的扭(niu)力(li)高于大型(xing)電(dian)動(dong)發(fa)動(dong)機。但人工肌肉還(huan)不能完全吊起一架鋼琴，因為當前可行的生產技(ji)術限制了絲的重(zhong)量。

制造材料

壓電材料

自從1990年(nian)代中期以來，Bar-Cohen一直為(wei)經常(chang)變(bian)化的(de)(de)國際EAP研究人員團(tuan)體充(chong)當非正式的(de)(de)協(xie)調人。回(hui)到(dao)該領(ling)域的(de)(de)萌(meng)芽時期，“我(wo)從科技(ji)(ji)論文(wen)上(shang)讀(du)到(dao)的(de)(de)電活化聚合物材(cai)料并(bing)不(bu)像廣告吹噓(xu)的(de)(de)那樣神奇，”他一邊回(hui)憶(yi)，一邊狡黠(xia)地笑著，“而(er)且當我(wo)從NASA獲得(de)經費(fei)來研究該技(ji)(ji)術時，我(wo)不(bu)得(de)不(bu)去了(le)解(jie)誰在做這個(ge)領(ling)域的(de)(de)工作，以便從中找(zhao)到(dao)某(mou)些啟發。”僅(jin)在數(shu)年(nian)之內，Bar-Cohen就已掌握(wo)了(le)足夠的(de)(de)知識，并(bing)且協(xie)助舉辦了(le)首屆關于該主題的(de)(de)科技(ji)(ji)研討會，開始出版(ban)一份EAP時事通訊(xun)，發布(bu)了(le)一個(ge)EAP網(wang)站，還編寫了(le)兩部(bu)關于這項(xiang)新興(xing)技(ji)(ji)術的(de)(de)論著。

在噴(pen)氣(qi)推進實驗室（JPL）院內(nei)(nei)的(de)一(yi)幢矮層(ceng)研(yan)究(jiu)建筑(zhu)內(nei)(nei)，試驗臺上擺滿了(le)各(ge)種致動(dong)(dong)設備原型(xing)以(yi)(yi)及(ji)測(ce)試裝置，Bar-Cohen開始回顧(gu)他(ta)已經了(le)如指(zhi)掌的(de)關于(yu)(yu)該領域的(de)歷史。他(ta)說：“很長一(yi)段(duan)時(shi)間內(nei)(nei)，人們一(yi)直在尋找不(bu)用(yong)電動(dong)(dong)馬(ma)達就(jiu)可以(yi)(yi)移動(dong)(dong)物體的(de)方(fang)法(fa)，因(yin)為馬(ma)達對于(yu)(yu)許(xu)多應用(yong)而言顯(xian)得太過笨重。在EPAs出現之前(qian)，馬(ma)達的(de)標準替(ti)代技術(shu)是壓電陶(tao)瓷(ci)，該技術(shu)曾(ceng)一(yi)度是研(yan)究(jiu)的(de)熱點。”

在壓(ya)電(dian)材(cai)料中，機械(xie)應力可導致晶體(ti)電(dian)極化，而且反之(zhi)亦然。用(yong)電(dian)流(liu)刺激(ji)這種材(cai)料將使其(qi)變(bian)形；通過(guo)改(gai)變(bian)其(qi)形狀(zhuang)可以產生電(dian)。 Bar-Cohen從(cong)一張(zhang)實驗長椅上(shang)拿起一只淺(qian)灰色的小碟子(zi)，說：“這塊碟子(zi)由PZT（鋯鈦酸(suan)鉛）制成(cheng)。”他向我們(men)解(jie)釋：電(dian)流(liu)使得壓(ya)電(dian)PZT產生收縮或者(zhe)膨脹，幅度(du)只有不到(dao)其(qi)總長度(du)的百分之(zhi)一。盡管變(bian)形量很小，但是卻有用(yong)處。

在隔壁的(de)一間屋(wu)子(zi)中，Bar-Cohen出(chu)示了由PZT碟(die)(die)子(zi)驅動的(de)一英尺(chi)長的(de)沖擊鉆(zhan)，他(ta)正和JPL的(de)同事以(yi)及(ji)Cybersonics公司(si)的(de)工程師們一起研制這些PZT碟(die)(die)子(zi)。他(ta)介紹說：“在這個圓筒內是一疊壓電碟(die)(die)子(zi)，當被交流電激活時，這疊碟(die)(die)子(zi)將以(yi)超(chao)音速拍(pai)打(da)鉆(zhan)頭，鉆(zhan)頭則以(yi)高速率上下跳躍，從(cong)而鉆(zhan)入堅(jian)硬的(de)巖石(shi)(shi)。”在另一側是幾堆石(shi)(shi)塊(kuai)，石(shi)(shi)塊(kuai)已經(jing)被鉆(zhan)出(chu)很(hen)深的(de)孔眼。

該(gai)鉆子作(zuo)為一(yi)個范例，說明了用(yong)(yong)壓電陶瓷制作(zuo)致動器的(de)(de)(de)有效性，的(de)(de)(de)確(que)讓人(ren)印象深(shen)刻。但是，在許多應用(yong)(yong)中，要求電活化(hua)材料的(de)(de)(de)膨脹幅度(du)超過百分(fen)之零點幾。

高分子液晶材料

高分子(zi)液晶是科(ke)學家(jia)們心目中的(de)(de)(de)硅的(de)(de)(de)理想替代物(wu)。過(guo)去(qu)，許(xu)多(duo)微觀研(yan)發工(gong)作都是在硅材料的(de)(de)(de)基礎上(shang)進行(xing)的(de)(de)(de)。而(er)越來越多(duo)的(de)(de)(de)科(ke)學家(jia)認(ren)為，高分子(zi)液晶聚(ju)(ju)合(he)物(wu)的(de)(de)(de)柔(rou)韌性比(bi)(bi)硅好。對液晶聚(ju)(ju)合(he)體(ti)進行(xing)精細剪(jian)裁加(jia)(jia)(jia)工(gong)后，加(jia)(jia)(jia)工(gong)出的(de)(de)(de)樣(yang)品(pin)對溫度變化、紫外(wai)線(xian)照(zhao)射等特定的(de)(de)(de)外(wai)界刺(ci)激有相應的(de)(de)(de)反應，也比(bi)(bi)硅的(de)(de)(de)敏感程(cheng)度高。而(er)且(qie)液晶聚(ju)(ju)合(he)物(wu)的(de)(de)(de)制造(zao)成本比(bi)(bi)硅材料更(geng)低(di)，加(jia)(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝也更(geng)加(jia)(jia)(jia)簡(jian)單。

相比起(qi)硅制的(de)(de)(de)假肢，“人造肌肉(rou)(rou)”更顯神奇。20世紀80年代，科(ke)學家(jia)們(men)發(fa)現(xian)，在電流(liu)的(de)(de)(de)作用下(xia)，高(gao)(gao)分子液晶材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)分子可以(yi)發(fa)生形變和(he)扭(niu)曲(qu)，進而使材(cai)(cai)料(liao)(liao)本身產生收縮和(he)彎曲(qu)——這(zhe)非常(chang)類似于人類的(de)(de)(de)肌肉(rou)(rou)，于是科(ke)學家(jia)們(men)開始(shi)研究如何(he)利用高(gao)(gao)分子液晶材(cai)(cai)料(liao)(liao)構(gou)造“人造肌肉(rou)(rou)”。傳統的(de)(de)(de)機器人除(chu)了關節之外，四肢不能(neng)自由活動，如果有了“人造肌肉(rou)(rou)”，則他們(men)的(de)(de)(de)四肢會更加(jia)靈活且發(fa)達。

尼龍絲材料

尼龍絲這種(zhong)令(ling)人(ren)意(yi)料之外(wai)的功用，是在本周出版(ban)的美國(guo)《科學(xue)》雜志(zhi)中公布的，而這項(xiang)研(yan)究的參(can)與者則是在美國(guo)德克薩斯(si)州大學(xue)達拉(la)斯(si)分(fen)校工作的巴西科學(xue)家們。

這(zhe)項研(yan)究由Roy Baughman領導，他是在(zai)這(zhe)項領域中對世界貢獻(xian)最大的科(ke)學家(jia)之一。 同時，另(ling)外兩位科(ke)學家(jia)M?nica Jung de Andrade與(yu)Márcio Lima在(zai)美(mei)國相關機(ji)構攻(gong)讀完(wan)博士(shi)后課程，也加盟了這(zhe)項新研(yan)究。

研究(jiu)顯示(shi)，能夠成為制作人造肌(ji)(ji)肉材料的(de)最重(zhong)要特(te)征，就是此材料有能力(li)在儲存大量(liang)能量(liang)的(de)同時以同樣的(de)方式保持肌(ji)(ji)肉的(de)活(huo)性。

另一(yi)個(ge)重要的(de)指標就(jiu)是這個(ge)制(zhi)作材料(liao)的(de)可逆(ni)轉(zhuan)性。因為研究顯(xian)示，除(chu)非一(yi)種材料(liao)在(zai)經(jing)歷幾千(qian)次儲(chu)存與釋放能(neng)量(liang)的(de)過程中完全不損(sun)失其(qi)性能(neng)，否(fou)則(ze)就(jiu)無法保持(chi)其(qi)強大的(de)收縮力以(yi)保持(chi)肌(ji)肉(rou)活性。

在攻克這一(yi)難關(guan)的過程中，科學(xue)家(jia)們其實已(yi)經使用了許多材(cai)料(liao)進(jin)行人造肌(ji)肉實驗。科學(xue)家(jia)們起(qi)初(chu)使用碳(tan)納米(mi)管(guan)來進(jin)行人造肌(ji)肉實驗，他(ta)們將該材(cai)料(liao)加熱，并且(qie)像真(zhen)正的肌(ji)肉一(yi)樣舉起(qi)重物，但是許多實驗材(cai)料(liao)的實驗結果卻并不理(li)想。

Márcio Lima向記者解釋道(dao)，解開這(zhe)個謎題的(de)(de)關鍵(jian)就是研究員(yuan)們找(zhao)到(dao)了某些纖維材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)熱膨脹系數為負(fu)，這(zhe)就相當于在(zai)加熱材(cai)料(liao)(liao)和(he)冷(leng)卻材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)過程中，只要控(kong)制好與應用好材(cai)料(liao)(liao)溫度的(de)(de)變化，就能夠(gou)準確地(di)在(zai)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)運動過程中保持材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)可逆轉性。

他說道(dao)：“我(wo)(wo)們發現將纖維擰在(zai)一起形成一個(ge)彈(dan)簧(huang)或者線圈的(de)形狀(zhuang)能夠放大使用效(xiao)果。之后我(wo)(wo)們又(you)實(shi)驗了(le)(le)許(xu)多(duo)更(geng)加便宜(yi)的(de)纖維材(cai)料，也達(da)到了(le)(le)很(hen)好的(de)效(xiao)果，尼龍絲(si)就是其中一種。”

這(zhe)種(zhong)材料的(de)(de)(de)最大好處(chu)就是在(zai)于價格(ge)便宜，因為這(zhe)種(zhong)尼(ni)龍絲每(mei)斤只需花費15雷亞爾(er)。而(er)且在(zai)實驗中，這(zhe)種(zhong)尼(ni)龍絲所制作的(de)(de)(de)人(ren)造肌(ji)肉，在(zai)100攝(she)氏度溫度變化(hua)內的(de)(de)(de)承重效(xiao)果，比人(ren)體(ti)肌(ji)肉的(de)(de)(de)性(xing)能要強84倍之多。

在(zai)未來，這種新型技術可能(neng)會應用于機器人制作、生物醫學工程（例如制造承重性能(neng)強(qiang)大(da)的假肢(zhi)等等），甚至在(zai)紡(fang)織行(xing)業(ye)也可以應用。例如，在(zai)嚴(yan)熱或(huo)寒冷的天氣中，你可以打開或(huo)關(guan)閉衣(yi)服上用該尼龍絲科技制成的“氣孔”，以達(da)到(dao)調節溫度的目的。

SRI小(xiao)組(zu)的(de)領導者(zhe)Ron Pelrine介紹說：“在(zai)與日(ri)本簽署微(wei)型(xing)機(ji)器計劃(hua)（Japanese micro-machine program）合同(tong)之后，斯坦福研(yan)究院（SRI INTERNATIONAL）從1992年開始(shi)研(yan)究人造肌(ji)肉(rou)。”他(ta)從前是一名物理學(xue)家，轉行做機(ji)械工程師。日(ri)本官方在(zai)尋找(zhao)(zhao)一種新型(xing)的(de)微(wei)致動器技術。幾位(wei)(wei)SRI研(yan)究人員開始(shi)尋找(zhao)(zhao)一種在(zai)力學(xue)、沖程（線性位(wei)(wei)移）以及(ji)應變（單位(wei)(wei)長度或單位(wei)(wei)面積的(de)位(wei)(wei)移量）等方面的(de)性質(zhi)與自然肌(ji)肉(rou)類(lei)似的(de)致動材料。

“我們(men)考察了一大堆有希望的活化技術，”Pelrine回憶道。然而，他們(men)最終選擇了電致(zhi)伸縮(suo)聚合物(wu)(wu)，當時來自(zi)路特(te)葛斯大學（Rutgers University）的Jerry Scheinbeim正在研究這(zhe)(zhe)種(zhong)材料。這(zhe)(zhe)種(zhong)聚合物(wu)(wu)中的碳氫(qing)分子以半晶(jing)體點陣的方(fang)式(shi)排列，而這(zhe)(zhe)種(zhong)晶(jing)陣具有類似壓(ya)電的屬性。

當(dang)處于(yu)電場中(zhong)時，所(suo)有的(de)絕緣(yuan)塑料（例如聚亞安(an)酯）將(jiang)會沿電力線的(de)方(fang)向(xiang)收(shou)縮，同時沿垂直(zhi)于(yu)電力線的(de)方(fang)向(xiang)膨脹。這種(zhong)現象與(yu)電致伸縮不同，被稱為麥克(ke)斯韋(wei)應力。Pelrine 說(shuo)：“這種(zhong)現象早就為人們(men)所(suo)熟知，但一直(zhi)被當(dang)作(zuo)是一種(zhong)很(hen)麻煩的(de)效(xiao)應。”

他(ta)意識到，比聚(ju)(ju)亞安酯更(geng)(geng)軟(ruan)的(de)聚(ju)(ju)合物在靜電(dian)(dian)吸(xi)引作用(yong)下將更(geng)(geng)容(rong)易擠壓，因而可以(yi)提(ti)供更(geng)(geng)大的(de)機械應變。通過對軟(ruan)硅樹脂(zhi)進行(xing)試驗，SRI的(de)科學家很快證明其應變在10-15%之間，這(zhe)十分(fen)合意。經過進一步(bu)研(yan)究，這(zhe)個數字還可以(yi)提(ti)高到20-30%。為(wei)(wei)了區別這(zhe)種新的(de)致動器材料(liao)，硅樹脂(zhi)和其他(ta)較軟(ruan)的(de)材料(liao)被命名(ming)為(wei)(wei)電(dian)(dian)絕緣橡膠（dielectric elastomers）（也被稱為(wei)(wei)電(dian)(dian)場活化聚(ju)(ju)合物。）

在確定出(chu)幾種有前途的(de)(de)聚(ju)合物材料之后，在1990年代剩余的(de)(de)大部(bu)分時間內，該(gai)小組將(jiang)注意力集中于研(yan)(yan)(yan)制特定設備應(ying)用(yong)的(de)(de)具體細節(jie)。當時，該(gai)SRI研(yan)(yan)(yan)究小組新的(de)(de)外部(bu)經費支持和(he)(he)研(yan)(yan)(yan)究方(fang)向由美國國防高(gao)級研(yan)(yan)(yan)究計劃局（DARPA）和(he)(he)海軍研(yan)(yan)(yan)究中心（Office of Naval Research）提供(gong)，其主(zhu)管(guan)的(de)(de)首要興趣在于將(jiang)該(gai)技術用(yong)于軍事(shi)目的(de)(de)，包括小型偵(zhen)察機(ji)器人以及輕型發電機(ji)。

由(you)于(yu)橡(xiang)膠(jiao)開始表現出(chu)大得多的(de)(de)應變，工程(cheng)師(shi)意(yi)識到電極(ji)也(ye)必須(xu)是可(ke)以膨(peng)脹的(de)(de)。普通金屬(shu)電極(ji)無法伸長，除(chu)非將其割裂。Pelrine提到：“起(qi)先(xian)，人(ren)們不用為(wei)這(zhe)個問題操(cao)心(xin)，因為(wei)他們研(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de)材料(liao)所提供的(de)(de)應變只有1%左(zuo)右。”最后(hou)，該(gai)研(yan)(yan)究(jiu)小(xiao)組開發出(chu)一(yi)(yi)種基于(yu)在橡(xiang)膠(jiao)陣(zhen)列（elastomeric matrix）中填充碳粒的(de)(de)屈從電極(ji)。他指出(chu)：“由(you)于(yu)電極(ji)和(he)塑料(liao)一(yi)(yi)起(qi)膨(peng)脹，它們可(ke)以在整個活(huo)動區域之(zhi)間(jian)保持(chi)電場。”SRI International為(wei)該(gai)概念申請(qing)了專利(li)，它是后(hou)來(lai)人(ren)造肌肉(rou)技術的(de)(de)關鍵之(zhi)一(yi)(yi)。

Pelrine急于向(xiang)我們展示，他(ta)拿(na)出一個(ge)15厘米見(jian)方看上去像相框的東西，其兩面(mian)的塑料包夾(jia)由于膨脹(zhang)而緊繃著。“看，這種聚合物(wu)材料延展性非(fei)常好(hao)，”他(ta)說(shuo)，同時(shi)用一只手指按(an)入其透(tou)明薄膜。“它實際上是一種雙面(mian)膠帶，一大(da)卷(juan)的價格很便宜。”在中間(jian)夾(jia)片的兩面(mian)是黑色、鎳幣大(da)小的電極，連著導線。

Pelrine擰開電(dian)(dian)(dian)源的(de)控(kong)制旋(xuan)鈕(niu)。立刻，黑色的(de)圓形電(dian)(dian)(dian)極對開始膨脹，直徑增加了(le)四分之一。當他將(jiang)旋(xuan)鈕(niu)擰回到原來(lai)位置(zhi)時，電(dian)(dian)(dian)極馬(ma)上又收縮至原狀(zhuang)態(tai)。他咧(lie)嘴笑(xiao)了(le)笑(xiao)，并(bing)且重復操作了(le)好(hao)幾次，解釋說：“根本上，我們的(de)設備就是(shi)電(dian)(dian)(dian)容，也就是(shi)兩塊平(ping)行(xing)的(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)平(ping)板，中(zhong)間夾(jia)著電(dian)(dian)(dian)絕緣材料。當電(dian)(dian)(dian)源接(jie)通時，正負(fu)電(dian)(dian)(dian)荷分別(bie)在相(xiang)(xiang)反的(de)電(dian)(dian)(dian)極上積(ji)累。電(dian)(dian)(dian)極平(ping)板互相(xiang)(xiang)吸引并(bing)且擠(ji)壓(ya)中(zhong)間的(de)絕緣聚(ju)(ju)合物，并(bing)且聚(ju)(ju)合物的(de)面積(ji)擴大。”

盡(jin)管已經(jing)確定(ding)出幾種有前途的(de)材料，要(yao)想在(zai)實(shi)際設(she)備中實(shi)現可接受(shou)的(de)性能的(de)確是(shi)一個挑戰(zhan)。然(ran)而(er)，該(gai)小組在(zai)1999年取(qu)得(de)的(de)一系列(lie)突(tu)破引起了美國政府及工業界相當的(de)興趣。

有人通(tong)過觀察發現，在電(dian)活(huo)化聚(ju)合物(wu)材(cai)料之(zhi)前(qian)預先拉伸它，將大(da)大(da)提高(gao)其性能(neng)。小組的另一位成員(yuan)Roy Kornbluh工程師(shi)回(hui)憶(yi)說：“我們(men)開始注意到存在一個(ge)(ge)甜區（sweet point），這時可(ke)以獲得(de)最優(you)性能(neng)。沒有人確切(qie)地知道(dao)為(wei)什么，但是預拉伸聚(ju)合物(wu)可(ke)以使(shi)擊穿強度(du)【電(dian)極之(zhi)間電(dian)流通(tong)路（passage of current）的阻力】增加100倍之(zhi)多。”電(dian)活(huo)化應變提高(gao)的幅度(du)與之(zhi)類似。盡管原因還不是很清楚，SRI的化學家裴其冰（音）認為(wei)：“預拉伸可(ke)沿平(ping)面膨脹方向定位分子(zi)鏈，并且材(cai)料使(shi)得(de)沿該方向更加堅硬(ying)。”為(wei)了獲得(de)預拉伸效(xiao)果，SRI的致動器設(she)備采(cai)用了一個(ge)(ge)外(wai)部(bu)支(zhi)撐結構(gou)。

第(di)二項關鍵發現(xian)得(de)益于(yu)研究人(ren)員“測試我(wo)們所知道(dao)的(de)(de)每(mei)一(yi)種(zhong)可伸展材料，我(wo)們稱之(zhi)為(wei)愛(ai)迪(di)生(sheng)方法，”Pelrine愉快地告訴我(wo)們。（為(wei)找到合適的(de)(de)電燈燈絲材料，托馬斯·愛(ai)迪(di)生(sheng)系(xi)統地試驗過(guo)各(ge)種(zhong)材質。）“在我(wo)家(jia)里，為(wei)了不讓我(wo)那(nei)剛會走路的(de)(de)孩(hai)子亂拿東(dong)西(xi)，我(wo)們用一(yi)把(ba)以聚合物(wu)材料做(zuo)的(de)(de)門鎖將(jiang)(jiang)冰箱鎖住。孩(hai)子逐漸長大(da)，我(wo)們不再需要鎖什么東(dong)西(xi)，因此將(jiang)(jiang)鎖拿走。由于(yu)它(ta)是(shi)(shi)用可伸展材料制(zhi)成的(de)(de)，我(wo)決定測試一(yi)下(xia)它(ta)的(de)(de)應(ying)變屬(shu)性。令人(ren)驚(jing)訝(ya)的(de)(de)是(shi)(shi)，它(ta)擁有極佳的(de)(de)性能(neng)。”追溯鎖的(de)(de)來源以及分析其(qi)組成不是(shi)(shi)什么難事，最后，這(zhe)種(zhong)神秘的(de)(de)聚合物(wu)“原來是(shi)(shi)聚丙烯酸橡(xiang)膠，它(ta)可以提供極大(da)的(de)(de)應(ying)變和能(neng)量輸出，線性應(ying)變達380%之(zhi)多。這(zhe)兩項進(jin)展使得(de)我(wo)們能(neng)夠開始將(jiang)(jiang)電絕緣(yuan)橡(xiang)膠應(ying)用到現(xian)實(shi)的(de)(de)致動(dong)器設備中。”該研究人(ren)員介紹說。

天然橡膠材料

SRI小組的(de)(de)通用(yong)研究方(fang)法(fa)比(bi)較(jiao)靈(ling)活，包括(kuo)許多(duo)種設(she)計(ji)、甚(shen)至包括(kuo)不同的(de)(de)聚合(he)物。正如裴(pei)其冰(bing)所(suo)說：“這是一(yi)臺(tai)設(she)備(bei)，而不是一(yi)件材(cai)料(liao)。”據Pelrine稱，該(gai)小組能(neng)夠用(yong)不同的(de)(de)聚合(he)物產生活化效應，包括(kuo)丙烯酸樹脂(zhi)和(he)硅(gui)樹脂(zhi)。甚(shen)至天然橡膠也能(neng)產生一(yi)定(ding)效應。例如，在外部空間的(de)(de)極(ji)端溫度環境中，人造肌肉(rou)最好(hao)采用(yong)有機(ji)硅(gui)塑料(liao)，已經證明(ming)這種材(cai)料(liao)可(ke)以在零下100攝氏度的(de)(de)真空環境下工作(zuo)。對于(yu)要求更大輸出力(li)的(de)(de)應用(yong)，可(ke)能(neng)需要更多(duo)的(de)(de)聚合(he)物材(cai)料(liao)或(huo)者將多(duo)臺(tai)設(she)備(bei)串聯或(huo)并(bing)聯。

SRI成員(yuan)von Guggenberg 估計：“由(you)于可以買(mai)到電絕緣橡膠的現貨，而且我(wo)們在每臺(tai)設(she)備至多(duo)只(zhi)用到幾平方英尺的材料，因(yin)此致(zhi)動器將會非常便(bian)宜，尤其(qi)是對于批量生產。”

激(ji)活電絕緣(yuan)橡(xiang)膠致動器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)電壓(ya)相(xiang)對較高(gao)(gao)，通常為(wei)1到5千伏，因此該設(she)備(bei)可(ke)以(yi)(yi)在(zai)非常低的(de)(de)(de)(de)電流下運(yun)轉（一般而言，高(gao)(gao)電壓(ya)意(yi)味著低電流）。致動器(qi)(qi)還可(ke)以(yi)(yi)使(shi)用(yong)較細、不(bu)太貴(gui)的(de)(de)(de)(de)導(dao)線，并(bing)且可(ke)以(yi)(yi)保持相(xiang)當冷卻。Pelrine說：“在(zai)到達電場(chang)中止(zhi)以(yi)(yi)及電流流經（電極之間的(de)(de)(de)(de)）間隔的(de)(de)(de)(de)臨界點時，更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)電壓(ya)將產生更(geng)大(da)的(de)(de)(de)(de)膨脹和(he)應力(li)。”

更(geng)大的(de)(de)難題是(shi)高電(dian)壓(ya)要用于(yu)移動(dong)設備，因為電(dian)池通常是(shi)低電(dian)壓(ya)的(de)(de)，因而(er)還需要附(fu)加的(de)(de)變壓(ya)線(xian)圈。而(er)且，在(zai)美國賓夕法尼(ni)亞州州立大學，張啟明(ming)（音）和他的(de)(de)研究(jiu)小組已經在(zai)嘗試(shi)通過將(jiang)某(mou)些電(dian)致(zhi)伸縮(suo)聚(ju)合物(wu)與其(qi)他物(wu)質(zhi)結合生成合成物(wu)，來降低它們的(de)(de)激活電(dian)壓(ya)。

當被問及電絕緣橡膠的(de)(de)(de)(de)耐久性時(shi)，von Guggenberg承(cheng)認還需(xu)要更多的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)，并且(qie)證實(shi)了一(yi)個“合(he)理跡象”，即他們要繼(ji)續工作足夠(gou)長時(shi)間以實(shi)現商業化用途，“例如，我(wo)們為一(yi)位客戶(hu)運行的(de)(de)(de)(de)設(she)備(bei)可產生5-10%的(de)(de)(de)(de)應變，循環1000萬次(ci)(ci)。”另一(yi)臺設(she)備(bei)可產生50%的(de)(de)(de)(de)面(mian)積應變，循環100萬次(ci)(ci)。盡(jin)管人(ren)造(zao)肌肉(rou)設(she)備(bei)比相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)電動(dong)(dong)馬達要輕得多（聚合(he)物本身的(de)(de)(de)(de)密度與水(shui)差不多），SRI仍在通過減(jian)(jian)少(shao)必要的(de)(de)(de)(de)外部預(yu)應變設(she)備(bei)，來努力減(jian)(jian)輕其質量(liang)。 2004年5月27號日本橫濱國(guo)立大學渡邊正義教授領導(dao)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)小組(zu)開發出一(yi)種(zhong)新型人(ren)造(zao)肌肉(rou)，用一(yi)節(jie)(jie)干電池(chi)即能驅動(dong)(dong)，用于(yu)微型機器(qi)和小型機器(qi)人(ren)的(de)(de)(de)(de)關節(jie)(jie)部位十分合(he)適。

這(zhe)種(zhong)(zhong)人造肌肉形(xing)狀像(xiang)口香糖(tang)，長(chang)約5厘(li)米(mi)，寬1厘(li)米(mi)，厚(hou)幾百微(wei)米(mi)。它由(you)一種(zhong)(zhong)隨電壓變化而伸縮(suo)的高(gao)分子材(cai)料與一種(zhong)(zhong)不易揮(hui)發(fa)的離子液體混(hun)合(he)制成，可以在(zai)正常環境(jing)下(xia)長(chang)期使用(yong)。如果(guo)在(zai)微(wei)型機器的關(guan)節和驅動(dong)部位裝上(shang)這(zhe)種(zhong)(zhong)人造肌肉，它可像(xiang)人的關(guan)節一樣發(fa)揮(hui)作用(yong)。