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基本介紹

人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)肌肉(rou)又(you)叫(jiao)電(dian)活性(xing)(xing)(xing)聚合物(wu)，是一(yi)種(zhong)(zhong)新型智能(neng)高分(fen)(fen)子(zi)材料(liao)(liao)，它能(neng)夠(gou)在外(wai)加電(dian)場(chang)下，通過材料(liao)(liao)內部結構的(de)(de)(de)改變而伸縮、彎曲、束緊或(huo)膨脹，和生(sheng)物(wu)肌肉(rou)十分(fen)(fen)相似。醫(yi)學上，人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)是指能(neng)植(zhi)入(ru)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)或(huo)能(neng)與(yu)生(sheng)物(wu)組織(zhi)或(huo)生(sheng)物(wu)流(liu)體(ti)相接觸的(de)(de)(de)材料(liao)(liao)，有(you)天然(ran)器官(guan)(guan)組織(zhi)的(de)(de)(de)功能(neng)或(huo)天然(ran)器官(guan)(guan)部件(jian)功能(neng)的(de)(de)(de)材料(liao)(liao)。根(gen)據制造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)使用的(de)(de)(de)材料(liao)(liao)以及其功能(neng)科(ke)學將人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)分(fen)(fen)為三種(zhong)(zhong)：機械性(xing)(xing)(xing)人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)、半機械性(xing)(xing)(xing)半生(sheng)物(wu)性(xing)(xing)(xing)人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)、生(sheng)物(wu)性(xing)(xing)(xing)人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)。其中，前兩類型種(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)移植(zhi)后(hou)會讓患者產(chan)生(sheng)排(pai)斥反應(ying)，對受體(ti)來說，適無副(fu)作用的(de)(de)(de)是最(zui)后(hou)一(yi)種(zhong)(zhong)也就是生(sheng)物(wu)性(xing)(xing)(xing)人(ren)(ren)(ren)(ren)造(zao)(zao)(zao)器官(guan)(guan)。

人造肌肉狀(zhuang)材料(liao)是根據生物(wu)學原理，由(you)3種氨基(ji)酸(纈氨酸、脯氨酸和甘氨酸)按一定(ding)順(shun)序排列而構(gou)成的，它(ta)類似于人的肌肉纖維，具有(you)彈(dan)性(xing)，且能隨(sui)環境溫度(du)和化學成分(fen)(如(ru)pH值)的變化而伸縮(suo)。由(you)于它(ta)能模擬活(huo)體的生物(wu)過程，于是，人們(men)把這種材料(liao)稱為生物(wu)聚合物(wu)。

產品設計

來自亞利桑(sang)那州州立大(da)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)員西宮(gong)川(chuan)認為，人類(lei)的(de)(de)(de)(de)(de)肌肉(rou)(rou)是人四肢活動的(de)(de)(de)(de)(de)馬達(da)，只有(you)生(sheng)產出超級的(de)(de)(de)(de)(de)人造(zao)(zao)肌肉(rou)(rou)和(he)裝置，才能(neng)讓殘(can)障人士的(de)(de)(de)(de)(de)假肢恢復正常的(de)(de)(de)(de)(de)功能(neng)，這種(zhong)新式的(de)(de)(de)(de)(de)人造(zao)(zao)肌肉(rou)(rou)將有(you)可能(neng)治療神經肌肉(rou)(rou)型(xing)疾病(bing)帕(pa)金(jin)森氏癥。為此，科學(xue)家們利用生(sheng)物仿生(sheng)學(xue)，通(tong)過對蟾蜍(chu)和(he)變色龍的(de)(de)(de)(de)(de)肌肉(rou)(rou)的(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)，打造(zao)(zao)出了這種(zhong)神奇(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)“生(sheng)物馬達(da)”。

科學家(jia)發現(xian)，一個蟾(chan)蜍(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)(xia)(xia)巴肌(ji)肉(rou)能夠(gou)產(chan)生大(da)(da)于它自身體(ti)重(zhong)700倍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量(liang)，而變(bian)色龍(long)捕食的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候(hou)，舌(she)頭肌(ji)肉(rou)收縮時(shi)所(suo)(suo)(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量(liang)也(ye)是(shi)(shi)非常驚人的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。而目前(qian)人類所(suo)(suo)(suo)制造的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機械設備(bei)(動力(li)馬達(da))也(ye)只能產(chan)生蟾(chan)蜍(chu)下(xia)(xia)(xia)巴肌(ji)肉(rou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)三(san)分之一的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)量(liang)。對于這種神(shen)奇的(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)象，科學家(jia)們(men)通過(guo)對蟾(chan)蜍(chu)和變(bian)色龍(long)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)解剖尋找相關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信息。他們(men)認為蟾(chan)蜍(chu)下(xia)(xia)(xia)巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)殊構造是(shi)(shi)造成其肌(ji)肉(rou)產(chan)生強(qiang)大(da)(da)力(li)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因之一，這種構造可以在(zai)最(zui)短的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間內貯存力(li)量(liang)，適應肌(ji)肉(rou)所(suo)(suo)(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)張(zhang)力(li)，在(zai)蟾(chan)蜍(chu)大(da)(da)腦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)操縱下(xia)(xia)(xia)實(shi)現(xian)肌(ji)肉(rou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)迅(xun)速收縮。

亞利(li)桑那(nei)州(zhou)州(zhou)立大學的(de)科(ke)(ke)學家(jia)(jia)(jia)中們從(cong)蟾(chan)蜍(chu)的(de)肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)構造上獲得靈(ling)感(gan)，設計出了(le)一種(zhong)(zhong)“機器肌(ji)(ji)腱”，這(zhe)種(zhong)(zhong)裝置可(ke)以(yi)模仿蟾(chan)蜍(chu)的(de)下(xia)巴肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)迅(xun)速(su)收縮，產生(sheng)(sheng)(sheng)強(qiang)大的(de)能(neng)量。這(zhe)種(zhong)(zhong)機器肌(ji)(ji)腱就是(shi)(shi)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)馬(ma)達”，也就是(shi)(shi)人(ren)造肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)。再配合獨有的(de)高端(duan)協(xie)調輔(fu)助(zhu)(zhu)設備(bei)，可(ke)以(yi)使假肢等設備(bei)和(he)(he)人(ren)的(de)大腦信號協(xie)調一致(zhi)，從(cong)而提高假肢的(de)運動(dong)功(gong)能(neng)，實(shi)現(xian)殘(can)疾(ji)人(ren)的(de)正(zheng)常生(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)。但(dan)是(shi)(shi)科(ke)(ke)學家(jia)(jia)(jia)認為，這(zhe)種(zhong)(zhong)模仿蟾(chan)蜍(chu)制(zhi)造出的(de)人(ren)造肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)最關鍵(jian)的(de)部分還是(shi)(shi)高端(duan)協(xie)調輔(fu)助(zhu)(zhu)設備(bei)，只(zhi)有通過大腦的(de)操縱實(shi)現(xian)功(gong)能(neng)才是(shi)(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)馬(ma)達最關鍵(jian)的(de)部分，這(zhe)個關鍵(jian)部分還需要繼續的(de)研(yan)究探索。但(dan)是(shi)(shi)科(ke)(ke)學家(jia)(jia)(jia)表示，這(zhe)種(zhong)(zhong)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)馬(ma)達”人(ren)造肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)將會促進(jin)神(shen)(shen)經肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)學的(de)研(yan)究和(he)(he)發(fa)展(zhan)，有助(zhu)(zhu)于對(dui)人(ren)類神(shen)(shen)經肌(ji)(ji)肉(rou)(rou)學的(de)擴(kuo)展(zhan)性研(yan)究，將生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)仿生(sheng)(sheng)(sheng)學和(he)(he)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)動(dong)力學有機結合起來，這(zhe)種(zhong)(zhong)神(shen)(shen)奇的(de)“生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)馬(ma)達”堪(kan)稱神(shen)(shen)來之筆(bi)，不僅(jin)可(ke)以(yi)幫助(zhu)(zhu)殘(can)疾(ji)人(ren)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)，還推(tui)動(dong)了(le)科(ke)(ke)學家(jia)(jia)(jia)對(dui)于生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)仿生(sheng)(sheng)(sheng)技(ji)術的(de)發(fa)展(zhan)。

科學家對人造肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)的(de)研究(jiu)已經進行了幾(ji)十年，人造肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)所用的(de)材(cai)(cai)料種類也很(hen)(hen)多，有塑料、類似(si)橡膠的(de)聚合物、凝膠以及金屬，但(dan)是(shi)這些材(cai)(cai)料做成(cheng)的(de)人造肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)面臨很(hen)(hen)多問(wen)題，比如需(xu)要消耗大量能量并且可能經常失效(xiao)而無法像真正(zheng)的(de)肌(ji)肉(rou)(rou)(rou)那樣(yang)能自我修補。

特色功能

活動自(zi)由工作更持(chi)久(jiu)

現行的(de)機器人(ren)或機械手臂受到能(neng)(neng)(neng)量限制，只(zhi)能(neng)(neng)(neng)在(zai)電(dian)源(yuan)附近活動(dong)。因此，美國國防部高級計劃研(yan)究署一直希望(wang)能(neng)(neng)(neng)研(yan)發(fa)出一種(zhong)(zhong)能(neng)(neng)(neng)像人(ren)類一樣自(zi)由(you)活動(dong)、而(er)且自(zi)身(shen)可以(yi)供應能(neng)(neng)(neng)量的(de)新型(xing)裝置(zhi)，于是便有了(le)這(zhe)種(zhong)(zhong)超(chao)級仿(fang)生(sheng)肌肉(rou)的(de)模(mo)型(xing)。據研(yan)究人(ren)員介紹，這(zhe)種(zhong)(zhong)仿(fang)生(sheng)肌肉(rou)的(de)最大(da)好處就是能(neng)(neng)(neng)量由(you)燃料供應，以(yi)彌補電(dian)池功能(neng)(neng)(neng)的(de)諸(zhu)多(duo)不足。仿(fang)生(sheng)肌肉(rou)可以(yi)自(zi)由(you)活動(dong)，而(er)且能(neng)(neng)(neng)工作更(geng)長時間(jian)，不會(hui)因電(dian)池短命而(er)動(dong)不了(le)，也不必(bi)時刻綁個(ge)電(dian)源(yuan)在(zai)身(shen)邊。

按照研究人(ren)(ren)員的設(she)想(xiang)，仿生(sheng)肌肉研制成(cheng)(cheng)功(gong)后(hou)，將能(neng)完成(cheng)(cheng)人(ren)(ren)類和(he)機器人(ren)(ren)各(ge)自無法(fa)獨(du)立做到(dao)的事情。它(ta)能(neng)像人(ren)(ren)類一樣到(dao)處(chu)行動，能(neng)像自然手臂(bei)一樣靈活運(yun)用，還(huan)能(neng)“綁”在“外骨骼(ge)”上(shang)，使消防員、士(shi)兵和(he)宇航員等特殊行業的人(ren)(ren)擁有超(chao)人(ren)(ren)般的力量。有了它(ta)，也許(xu)消防員就可以(yi)只手撐起倒(dao)塌的建筑材料，而戰場上(shang)的士(shi)兵也可以(yi)變(bian)成(cheng)(cheng)不知疲倦(juan)的“超(chao)人(ren)(ren)”。

比常人肌肉強100倍

為了(le)實現(xian)這些功能，美韓兩國(guo)科學家聯手(shou)開發了(le)兩種仿生肌肉，以適應(ying)不(bu)同需要。

一(yi)種(zhong)是把化學能轉(zhuan)化成電(dian)(dian)能。它用(yong)含有(you)催化劑的(de)碳納米管彎曲(qu)搭建出肌肉塊、“燃料細胞”電(dian)(dian)極和超級電(dian)(dian)容器電(dian)(dian)極，它們會(hui)在充(chong)滿氫的(de)環境中，源(yuan)源(yuan)不(bu)斷(duan)地產生電(dian)(dian)源(yuan)。

另一種(zhong)是把化學能(neng)轉化成熱(re)能(neng)。它利用(yong)氫和乙醇反應提供(gong)能(neng)量，配(pei)合特制的(de)記憶金屬(shu)絲。例如(ru)，當溫度降低時，金屬(shu)絲就(jiu)會(hui)收(shou)縮，催化劑減少(shao)作用(yong)，人(ren)造肌肉(rou)就(jiu)會(hui)放松收(shou)縮。這種(zhong)方法打造出來的(de)人(ren)造肌肉(rou)力量最大，舉(ju)力是正(zheng)常(chang)骨骼肌肉(rou)的(de)100倍以上。

有(you)循環(huan)系統也有(you)神經

不過目前(qian)看來，這兩種肌肉都沒有一(yi)(yi)點肌肉的(de)樣子，它(ta)們只是一(yi)(yi)堆電線、懸(xuan)臂(bei)和玻(bo)璃瓶(ping)。惟一(yi)(yi)能夠區別于機械臂(bei)的(de)特點就(jiu)是它(ta)們能夠像生物(wu)一(yi)(yi)樣“呼(hu)吸(xi)”：吸(xi)入氧氣，釋放乙醇和氫，提供(gong)能量(liang)。

這種情況完全可能(neng)(neng)。加(jia)拿大學者指出：“事實上，人造肌肉已成(cheng)功復制出了很(hen)多生物特點(dian)。比(bi)如說，它有循環系統，氧和(he)燃(ran)料可以(yi)通過循環系統輸送，為肌肉本身(shen)提供化學反(fan)應(ying)的場所，然后做(zuo)(zuo)出機械動作；它還(huan)有神經，由(you)特殊電路(lu)組成(cheng)，能(neng)(neng)夠做(zuo)(zuo)出反(fan)應(ying)并控制自己的行為；它還(huan)能(neng)(neng)存儲(chu)能(neng)(neng)量，并像(xiang)人類的肌肉一樣(yang)，直接(jie)(jie)對(dui)接(jie)(jie)觸做(zuo)(zuo)出判斷反(fan)應(ying)。”

其他信息

具體用途

人(ren)造肌(ji)肉(rou)伸縮性已能(neng)和人(ren)的(de)(de)(de)肌(ji)肉(rou)相媲美，材料(liao)自(zi)身性能(neng)決(jue)定，無需馬達、齒輪等復(fu)雜裝置，體(ti)積小、重量(liang)輕。研究人(ren)員(yuan)稱研發(fa)(fa)的(de)(de)(de)兩種(zhong)人(ren)造肌(ji)肉(rou)性能(neng)均(jun)非常(chang)突出，同時具備燃料(liao)電(dian)池和肌(ji)肉(rou)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)。其中(zhong)一采用了(le)含催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)碳納米管電(dian)極，可(ke)作為(wei)燃料(liao)電(dian)池的(de)(de)(de)電(dian)極將(jiang)化(hua)(hua)學(xue)能(neng)轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)電(dian)能(neng)，級電(dian)容器(qi)的(de)(de)(de)電(dian)極來儲存(cun)電(dian)能(neng)，還可(ke)作肌(ji)肉(rou)電(dian)極將(jiang)電(dian)能(neng)再轉(zhuan)化(hua)(hua)為(wei)機械能(neng)。另外一種(zhong)是目前最強健的(de)(de)(de)肌(ji)肉(rou)，是通過混合燃料(liao)和空氣中(zhong)的(de)(de)(de)氧氣發(fa)(fa)生催(cui)化(hua)(hua)反應，將(jiang)化(hua)(hua)學(xue)能(neng)能(neng)，升高的(de)(de)(de)溫度可(ke)使制造肌(ji)肉(rou)的(de)(de)(de)具有形狀(zhuang)記(ji)憶。

功能的金屬(shu)材料(liao)用力收縮，冷卻后肌肉脹放松。由(you)于(yu)這(zhe)種燃料(liao)電池肌肉所(suo)使用的外(wai)層涂有納米顆粒催化劑的形狀記憶金在市場上買到，這(zhe)使得它尤(you)其容易在自動裝置中得到應(ying)用。

這(zhe)次新研制成功的(de)人造肌肉(rou)則解決了這(zhe)些問(wen)題。研究人員使(shi)用(yong)更具有彈性且(qie)已(yi)經(jing)被廣泛應(ying)用(yong)的(de)碳(tan)納(na)(na)米管(guan)（carbonnanotubes）取代其它(ta)金(jin)屬薄(bo)膜來充(chong)當(dang)電極，這(zhe)樣就避免了因重復使(shi)用(yong)導(dao)致金(jin)屬膜失效而出(chu)現(xian)的(de)供電問(wen)題。另外，如果碳(tan)納(na)(na)米管(guan)某一部(bu)分出(chu)現(xian)問(wen)題，它(ta)周圍剩下(xia)的(de)區域(yu)就會將其自我(wo)封(feng)閉起來，使(shi)其不會導(dao)電，這(zhe)樣就防止了損(sun)壞影(ying)響到(dao)其它(ta)區域(yu)。佩(pei)·齊(qi)平說，“我(wo)們對這(zhe)個新裝置已(yi)經(jing)多(duo)次進(jin)行(xing)了類(lei)似的(de)實驗，包括用(yong)大頭針(zhen)將人造肌肉(rou)刺破(po)，結果證明(ming)它(ta)并沒(mei)有癱(tan)瘓，還(huan)能正常(chang)工作”。

更神奇的(de)是，這種能自我修復(fu)的(de)人造肌(ji)肉(rou)還能發電(dian)和儲(chu)存電(dian)能。當此人造肌(ji)肉(rou)在膨脹(zhang)后收縮時，它自身碳納米(mi)管的(de)結構(gou)會進行重(zhong)新排列，這是它就(jiu)會產生一(yi)股小小的(de)電(dian)流(liu)。并且這股電(dian)流(liu)是可以儲(chu)存并加以利(li)用(yong)的(de)，例如給(gei)(gei)下一(yi)次肌(ji)肉(rou)運動(dong)(dong)擴(kuo)張提供能量，或(huo)者(zhe)貯存在電(dian)池里給(gei)(gei)類(lei)似于(yu)iPod的(de)移動(dong)(dong)設(she)備充電(dian)。“它可以將你輸送給(gei)(gei)它的(de)近70%的(de)能量保存下來，”

值得一(yi)提的是，人(ren)造肌(ji)肉(rou)的服(fu)務(wu)對象(xiang)不僅僅是人(ren)類本身。研究者(zhe)介(jie)紹，人(ren)造肌(ji)肉(rou)還能成(cheng)為機器(qi)人(ren)、飛機、海洋艦隊等的幫手(shou)。

由于乙醇(chun)產生的能量系數比(bi)電池等常規能源高出(chu)30%，因(yin)此，人(ren)造肌肉可(ke)以安裝在機器人(ren)身(shen)上充當“電池”。還(huan)可(ke)以用(yong)在假肢(zhi)上，給(gei)假肢(zhi)新(xin)的力量。

此外，人造(zao)肌肉(rou)還(huan)可以(yi)當(dang)作飛機和艦艇的“外衣(yi)”。人造(zao)肌肉(rou)是由碳納米管制造(zao)而成，“披”在(zai)運(yun)輸工具外面(mian)，可以(yi)使(shi)它(ta)們運(yun)行(xing)起來阻力(li)更小(xiao)、更順利。將(jiang)來有(you)一(yi)天，人造(zao)肌肉(rou)甚至能(neng)夠替代(dai)金(jin)屬制的心臟(zang)起搏器，打造(zao)和人類身(shen)體更親近的新一(yi)代(dai)“人造(zao)心臟(zang)”。

主要產品

超強人造肌肉

美國和韓(han)國研(yan)究者聯手(shou)研(yan)究出一種超級仿生肌(ji)肉。這種肌(ji)肉不(bu)僅力量大得驚人，而且從來不(bu)會(hui)疲憊。這一發明可能(neng)最終用(yong)于(yu)消(xiao)防隊(dui)員(yuan)、宇航員(yuan)或戰士，為各條戰線打造(zao)力大無窮(qiong)的“超人”隊(dui)伍。

新(xin)的人工(gong)肌肉(rou)可以模(mo)仿肌肉(rou)收縮產生(sheng)力量。將石(shi)蠟嵌入(ru)經(jing)過編(bian)織形成(cheng)一種特殊結(jie)構的碳納(na)米(mi)管纖維中，通(tong)過直接加(jia)熱、電加(jia)熱，或(huo)者使(shi)(shi)用一道閃(shan)光，石(shi)蠟就會(hui)發(fa)生(sheng)體(ti)積(ji)膨(peng)脹，使(shi)(shi)整個(ge)“肌肉(rou)”膨(peng)脹。但由(you)于碳納(na)米(mi)管纖維特殊的結(jie)構，“肌肉(rou)”的長度會(hui)同時發(fa)生(sheng)收縮，就產生(sheng)了力量。

隨(sui)著通電(dian)和斷(duan)電(dian)，肌肉絲扭(niu)曲和恢復所(suo)產(chan)生的(de)扭(niu)力足(zu)以為微型彈射器提供(gong)動(dong)力，在實驗室工(gong)作(zuo)臺上發射金(jin)屬箔片。研究人員(yuan)決定建造一(yi)個彈射器來展示此項新發明的(de)奧妙。

這種“肌(ji)(ji)肉”的舉(ju)重能力是(shi)同等尺寸的天然肌(ji)(ji)肉的200倍，如果(guo)按重量相(xiang)比，產生(sheng)的扭力高于大(da)型電動(dong)發動(dong)機。但人工(gong)肌(ji)(ji)肉還(huan)不能完全吊起一架鋼(gang)琴，因(yin)為(wei)當(dang)前可(ke)行的生(sheng)產技術限制了絲的重量。

制造材料

壓電材料

自從(cong)1990年代中(zhong)期(qi)以來，Bar-Cohen一(yi)(yi)直(zhi)為(wei)經常(chang)變化的(de)(de)(de)(de)國際EAP研究人員團體(ti)充當(dang)非正式(shi)的(de)(de)(de)(de)協調人。回到(dao)(dao)該領(ling)域的(de)(de)(de)(de)萌芽時期(qi)，“我從(cong)科(ke)技論(lun)文上(shang)讀到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)電活化聚合物材料并(bing)不像廣告吹噓的(de)(de)(de)(de)那(nei)樣神(shen)奇，”他一(yi)(yi)邊(bian)回憶(yi)，一(yi)(yi)邊(bian)狡(jiao)黠地(di)笑著(zhu)(zhu)，“而且當(dang)我從(cong)NASA獲得經費來研究該技術時，我不得不去了解(jie)誰在做這個領(ling)域的(de)(de)(de)(de)工(gong)作，以便從(cong)中(zhong)找到(dao)(dao)某些啟(qi)發。”僅在數(shu)年之內(nei)，Bar-Cohen就已掌(zhang)握了足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)知識，并(bing)且協助舉辦(ban)了首屆(jie)關(guan)于(yu)該主(zhu)題的(de)(de)(de)(de)科(ke)技研討會，開始出版一(yi)(yi)份(fen)EAP時事通訊，發布了一(yi)(yi)個EAP網站(zhan)，還編寫了兩部關(guan)于(yu)這項新興技術的(de)(de)(de)(de)論(lun)著(zhu)(zhu)。

在(zai)(zai)噴氣推進實驗室（JPL）院內的(de)一(yi)(yi)幢矮(ai)層研究建筑內，試驗臺上擺滿了(le)各種致動(dong)(dong)設備原型(xing)以及(ji)測試裝(zhuang)置，Bar-Cohen開始回(hui)顧(gu)他(ta)已經了(le)如指掌的(de)關于該領(ling)域(yu)的(de)歷史(shi)。他(ta)說：“很長一(yi)(yi)段時間(jian)內，人們一(yi)(yi)直在(zai)(zai)尋(xun)找不(bu)用電動(dong)(dong)馬達就可以移(yi)動(dong)(dong)物體的(de)方(fang)法，因為馬達對于許(xu)多應用而(er)言顯得太過笨重。在(zai)(zai)EPAs出現之前，馬達的(de)標(biao)準替代技(ji)術是壓電陶瓷，該技(ji)術曾一(yi)(yi)度(du)是研究的(de)熱點。”

在壓(ya)電(dian)材料中，機(ji)械應力可導致(zhi)晶(jing)體電(dian)極化，而且反之亦然。用(yong)電(dian)流刺激這種材料將使其(qi)變形(xing)；通過改(gai)變其(qi)形(xing)狀可以(yi)產(chan)生(sheng)電(dian)。 Bar-Cohen從一張實驗長椅上拿起一只淺灰色(se)的小碟子，說：“這塊(kuai)碟子由(you)PZT（鋯(gao)鈦酸鉛(qian)）制成(cheng)。”他向我們(men)解釋：電(dian)流使得壓(ya)電(dian)PZT產(chan)生(sheng)收縮或者膨(peng)脹，幅度只有(you)(you)不到其(qi)總長度的百(bai)分(fen)之一。盡管(guan)變形(xing)量很小，但是卻有(you)(you)用(yong)處(chu)。

在隔壁(bi)的一(yi)(yi)間屋子(zi)中，Bar-Cohen出示了由PZT碟子(zi)驅動的一(yi)(yi)英尺長的沖擊鉆(zhan)，他(ta)正和JPL的同(tong)事以(yi)及Cybersonics公司的工程(cheng)師們(men)一(yi)(yi)起研制(zhi)這(zhe)些(xie)PZT碟子(zi)。他(ta)介紹說(shuo)：“在這(zhe)個圓筒內是(shi)一(yi)(yi)疊(die)壓電(dian)(dian)碟子(zi)，當被交流電(dian)(dian)激活時，這(zhe)疊(die)碟子(zi)將以(yi)超音(yin)速(su)拍打鉆(zhan)頭，鉆(zhan)頭則以(yi)高(gao)速(su)率上下(xia)跳(tiao)躍，從(cong)而(er)鉆(zhan)入(ru)堅(jian)硬的巖石(shi)(shi)(shi)。”在另一(yi)(yi)側是(shi)幾堆石(shi)(shi)(shi)塊，石(shi)(shi)(shi)塊已經被鉆(zhan)出很深的孔(kong)眼。

該(gai)鉆子(zi)作為一個范例，說明了用壓(ya)電陶瓷制作致動器(qi)的(de)有效性，的(de)確讓人印象深刻(ke)。但(dan)是，在許(xu)多應(ying)用中，要求電活(huo)化(hua)材料(liao)的(de)膨脹幅度超過百分之零(ling)點幾。

高分子液晶材料

高分子液晶(jing)是科學家們(men)心目中的(de)(de)(de)(de)硅(gui)的(de)(de)(de)(de)理想替代物(wu)。過去，許多微(wei)觀研(yan)發工(gong)作都是在硅(gui)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)基礎上進行的(de)(de)(de)(de)。而(er)越來(lai)越多的(de)(de)(de)(de)科學家認為，高分子液晶(jing)聚合物(wu)的(de)(de)(de)(de)柔韌性比硅(gui)好。對液晶(jing)聚合體(ti)進行精細剪(jian)裁加(jia)工(gong)后，加(jia)工(gong)出的(de)(de)(de)(de)樣品(pin)對溫度變化、紫外線照(zhao)射等特定的(de)(de)(de)(de)外界刺(ci)激(ji)有相應的(de)(de)(de)(de)反應，也(ye)比硅(gui)的(de)(de)(de)(de)敏感(gan)程(cheng)度高。而(er)且液晶(jing)聚合物(wu)的(de)(de)(de)(de)制造成本比硅(gui)材(cai)(cai)料更低，加(jia)工(gong)工(gong)藝也(ye)更加(jia)簡單(dan)。

相比(bi)起硅(gui)制的(de)假肢(zhi)，“人(ren)造(zao)(zao)肌(ji)肉(rou)”更顯神奇。20世(shi)紀80年(nian)代，科學(xue)家們發現，在電流(liu)的(de)作用下(xia)，高分子液晶材料的(de)分子可以發生形變和(he)扭(niu)曲(qu)，進而(er)使材料本身產生收(shou)縮和(he)彎(wan)曲(qu)——這(zhe)非常(chang)類似(si)于(yu)人(ren)類的(de)肌(ji)肉(rou)，于(yu)是科學(xue)家們開始研究如(ru)何利用高分子液晶材料構造(zao)(zao)“人(ren)造(zao)(zao)肌(ji)肉(rou)”。傳統的(de)機器人(ren)除了關節(jie)之(zhi)外，四肢(zhi)不能自由(you)活(huo)(huo)動，如(ru)果有了“人(ren)造(zao)(zao)肌(ji)肉(rou)”，則他們的(de)四肢(zhi)會更加靈活(huo)(huo)且(qie)發達。

尼龍絲材料

尼龍絲這(zhe)種令人意料之(zhi)外的(de)功用，是(shi)在本周出版的(de)美國(guo)《科(ke)學(xue)》雜志中公布的(de)，而這(zhe)項研究的(de)參與者(zhe)則是(shi)在美國(guo)德克薩斯(si)州大學(xue)達拉斯(si)分校工作的(de)巴西(xi)科(ke)學(xue)家們。

這項研究(jiu)由Roy Baughman領(ling)導，他是在(zai)這項領(ling)域中對(dui)世(shi)界貢(gong)獻最(zui)大(da)的科學家之一(yi)。 同(tong)時(shi)，另(ling)外兩位科學家M?nica Jung de Andrade與Márcio Lima在(zai)美國相關機構(gou)攻讀完博士后(hou)課(ke)程，也加盟了這項新研究(jiu)。

研究顯示，能(neng)夠成為(wei)制作人造肌(ji)肉(rou)材料的(de)最重要(yao)特征，就(jiu)是此材料有能(neng)力在(zai)儲存大(da)量能(neng)量的(de)同時以同樣(yang)的(de)方式保持肌(ji)肉(rou)的(de)活性。

另一個(ge)重要的(de)指(zhi)標(biao)就是這個(ge)制作(zuo)材(cai)料的(de)可逆轉性。因為研(yan)究顯示，除非一種材(cai)料在經歷(li)幾千次儲存與釋放能(neng)量的(de)過(guo)程中(zhong)完全不損失其性能(neng)，否則(ze)就無(wu)法保持(chi)其強大(da)的(de)收(shou)縮力以保持(chi)肌肉活性。

在攻(gong)克(ke)這一難關(guan)的(de)過程中(zhong)，科學家(jia)們其實(shi)已(yi)經(jing)使用(yong)(yong)了許多材料(liao)(liao)(liao)進行人造肌(ji)肉(rou)(rou)實(shi)驗。科學家(jia)們起初使用(yong)(yong)碳納米管來(lai)進行人造肌(ji)肉(rou)(rou)實(shi)驗，他們將(jiang)該(gai)材料(liao)(liao)(liao)加熱，并(bing)且像(xiang)真正的(de)肌(ji)肉(rou)(rou)一樣舉起重(zhong)物，但是(shi)許多實(shi)驗材料(liao)(liao)(liao)的(de)實(shi)驗結果卻(que)并(bing)不理想。

Márcio Lima向記者解釋道，解開這(zhe)個(ge)謎題的(de)(de)關鍵就(jiu)是(shi)研(yan)究員們找到了某些纖維材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)熱(re)膨脹系數為負，這(zhe)就(jiu)相當(dang)于在加熱(re)材(cai)(cai)料(liao)和(he)冷卻材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)過程(cheng)(cheng)中，只要(yao)控制(zhi)好(hao)與應用(yong)好(hao)材(cai)(cai)料(liao)溫度的(de)(de)變化，就(jiu)能夠準確地在材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)運動過程(cheng)(cheng)中保持材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)可逆轉性。

他(ta)說道：“我們發現將纖維(wei)(wei)擰在一起形成一個彈簧或(huo)者線(xian)圈的形狀能夠放大使用效(xiao)(xiao)果(guo)。之(zhi)后(hou)我們又(you)實驗了許多更加便宜(yi)的纖維(wei)(wei)材(cai)料，也達到了很(hen)好(hao)的效(xiao)(xiao)果(guo)，尼龍絲就(jiu)是(shi)其中一種。”

這(zhe)(zhe)種材料的(de)最大好處就是在于(yu)價(jia)格便宜，因為這(zhe)(zhe)種尼(ni)龍(long)(long)絲每斤只需花費15雷(lei)亞爾。而(er)且在實驗中，這(zhe)(zhe)種尼(ni)龍(long)(long)絲所制作的(de)人(ren)造肌肉，在100攝氏度溫度變化內的(de)承(cheng)重效果，比(bi)人(ren)體肌肉的(de)性能要強84倍(bei)之多。

在(zai)(zai)未來，這(zhe)種新(xin)型技(ji)術可能會應(ying)用(yong)于(yu)機器(qi)人制(zhi)作(zuo)、生物(wu)醫學工程（例(li)如(ru)(ru)制(zhi)造承重性(xing)能強大的(de)(de)假(jia)肢等等），甚至在(zai)(zai)紡(fang)織行業也可以應(ying)用(yong)。例(li)如(ru)(ru)，在(zai)(zai)嚴熱或寒冷的(de)(de)天氣中，你(ni)可以打開或關(guan)閉衣服上用(yong)該尼(ni)龍絲(si)科技(ji)制(zhi)成的(de)(de)“氣孔(kong)”，以達到調(diao)節溫(wen)度的(de)(de)目的(de)(de)。

SRI小組的(de)領導者Ron Pelrine介紹說：“在(zai)與(yu)日本簽署微型機器計劃(hua)（Japanese micro-machine program）合(he)同之后，斯坦福研(yan)究(jiu)院（SRI INTERNATIONAL）從1992年開(kai)始(shi)研(yan)究(jiu)人造肌肉。”他(ta)從前是一(yi)名(ming)物(wu)理學(xue)家，轉行做機械(xie)工程師。日本官方在(zai)尋找一(yi)種(zhong)新型的(de)微致(zhi)動器技(ji)術。幾位SRI研(yan)究(jiu)人員開(kai)始(shi)尋找一(yi)種(zhong)在(zai)力學(xue)、沖程（線性(xing)位移）以(yi)及應變（單(dan)位長度(du)或(huo)單(dan)位面(mian)積的(de)位移量）等方面(mian)的(de)性(xing)質與(yu)自然肌肉類似的(de)致(zhi)動材料。

“我們考察(cha)了一大(da)堆有(you)希望的(de)(de)活化技術，”Pelrine回憶道。然(ran)而，他們最終選擇了電(dian)致(zhi)伸縮聚(ju)合(he)(he)物，當時來自(zi)路特葛斯大(da)學（Rutgers University）的(de)(de)Jerry Scheinbeim正在研究這(zhe)種材料。這(zhe)種聚(ju)合(he)(he)物中的(de)(de)碳氫分(fen)子以半晶體點陣的(de)(de)方(fang)式(shi)排列，而這(zhe)種晶陣具有(you)類似壓電(dian)的(de)(de)屬(shu)性。

當處于(yu)(yu)電(dian)場(chang)中時(shi)，所有的(de)(de)絕(jue)緣塑料(liao)（例如聚亞安酯）將會沿(yan)電(dian)力線的(de)(de)方向收縮，同時(shi)沿(yan)垂直(zhi)于(yu)(yu)電(dian)力線的(de)(de)方向膨脹。這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)現象與電(dian)致伸縮不同，被稱為麥克斯韋(wei)應(ying)(ying)力。Pelrine 說：“這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)現象早就(jiu)為人們(men)所熟知，但(dan)一直(zhi)被當作是一種(zhong)(zhong)(zhong)很麻煩的(de)(de)效應(ying)(ying)。”

他意識到，比聚(ju)亞(ya)安酯更軟(ruan)的(de)(de)聚(ju)合(he)(he)物(wu)在靜電吸引作用下將更容易(yi)擠壓，因而可(ke)以提(ti)供更大的(de)(de)機械應變。通過對軟(ruan)硅(gui)樹(shu)脂進行(xing)試驗，SRI的(de)(de)科(ke)學(xue)家(jia)很快證(zheng)明其(qi)應變在10-15%之(zhi)間，這十分合(he)(he)意。經過進一步研究，這個數字還(huan)可(ke)以提(ti)高到20-30%。為了區(qu)別這種新(xin)的(de)(de)致動器材料(liao)，硅(gui)樹(shu)脂和其(qi)他較軟(ruan)的(de)(de)材料(liao)被命名為電絕緣(yuan)橡膠（dielectric elastomers）（也被稱為電場活化聚(ju)合(he)(he)物(wu)。）

在(zai)確定(ding)出幾種有(you)前途的(de)聚合(he)物材(cai)料(liao)之后(hou)，在(zai)1990年代(dai)剩余的(de)大部分時間(jian)內，該小(xiao)組(zu)(zu)將(jiang)注(zhu)意力集(ji)中于(yu)研(yan)制特定(ding)設備應用的(de)具(ju)體細節。當時，該SRI研(yan)究(jiu)小(xiao)組(zu)(zu)新的(de)外部經費支持和研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)由美國國防高級研(yan)究(jiu)計(ji)劃局(ju)（DARPA）和海(hai)軍(jun)研(yan)究(jiu)中心(xin)（Office of Naval Research）提供，其主(zhu)管的(de)首要(yao)興趣在(zai)于(yu)將(jiang)該技術用于(yu)軍(jun)事目的(de)，包括(kuo)小(xiao)型偵察機(ji)器人以及輕型發電機(ji)。

由(you)于(yu)(yu)橡膠開始表(biao)現出(chu)大得(de)多的應變(bian)，工(gong)程師意識(shi)到電(dian)(dian)極(ji)也必須(xu)是可(ke)(ke)以(yi)膨(peng)脹的。普(pu)通金屬(shu)電(dian)(dian)極(ji)無法伸(shen)長，除非(fei)將其割裂。Pelrine提到：“起(qi)先，人(ren)們(men)不用(yong)為這個問題操(cao)心，因為他們(men)研(yan)究的材料所提供(gong)的應變(bian)只(zhi)有1%左(zuo)右。”最后，該(gai)(gai)研(yan)究小組(zu)開發出(chu)一種基(ji)于(yu)(yu)在(zai)(zai)橡膠陣(zhen)列（elastomeric matrix）中填充碳粒(li)的屈從(cong)電(dian)(dian)極(ji)。他指出(chu)：“由(you)于(yu)(yu)電(dian)(dian)極(ji)和塑料一起(qi)膨(peng)脹，它(ta)們(men)可(ke)(ke)以(yi)在(zai)(zai)整個活動區域之間保持電(dian)(dian)場。”SRI International為該(gai)(gai)概(gai)念申請(qing)了專利，它(ta)是后來人(ren)造肌肉(rou)技術的關鍵之一。

Pelrine急于(yu)向我們(men)展(zhan)示，他拿(na)出一個(ge)15厘(li)米見方看(kan)上去像相框的東西，其兩(liang)面的塑料(liao)包(bao)夾(jia)由于(yu)膨脹而緊(jin)繃著。“看(kan)，這種聚合物材(cai)料(liao)延展(zhan)性非常好，”他說，同時用一只手指按入其透明薄膜。“它實際上是一種雙面膠帶，一大卷(juan)的價格很(hen)便(bian)宜(yi)。”在中間夾(jia)片的兩(liang)面是黑色、鎳幣(bi)大小的電極，連著導線。

Pelrine擰開電(dian)源的(de)(de)控制旋(xuan)鈕。立刻，黑色的(de)(de)圓形電(dian)極對(dui)開始膨脹，直徑增(zeng)加了四(si)分之一。當他將旋(xuan)鈕擰回到(dao)原來位置(zhi)時，電(dian)極馬(ma)上又收縮至原狀態。他咧嘴(zui)笑(xiao)了笑(xiao)，并(bing)且重復操(cao)作(zuo)了好(hao)幾(ji)次，解(jie)釋說：“根本上，我們(men)的(de)(de)設備就是(shi)電(dian)容(rong)，也就是(shi)兩塊平行(xing)的(de)(de)充(chong)電(dian)平板(ban)，中間夾著電(dian)絕緣材料。當電(dian)源接通時，正負電(dian)荷分別在相反的(de)(de)電(dian)極上積累。電(dian)極平板(ban)互相吸(xi)引并(bing)且擠壓中間的(de)(de)絕緣聚合物(wu)，并(bing)且聚合物(wu)的(de)(de)面積擴大(da)。”

盡管已經確定(ding)出幾種(zhong)有前途的(de)(de)(de)材料，要(yao)想在實(shi)際設(she)備中(zhong)實(shi)現可(ke)接受(shou)的(de)(de)(de)性能的(de)(de)(de)確是(shi)一(yi)(yi)個挑戰。然而，該(gai)小(xiao)組在1999年取(qu)得(de)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)系列突破(po)引起(qi)了(le)美國政(zheng)府(fu)及工業界相當的(de)(de)(de)興趣。

有人通過觀察發現，在電活化(hua)聚合物(wu)材料(liao)之(zhi)(zhi)前(qian)預先拉伸(shen)它，將(jiang)大大提高其性能。小組的另一位成員Roy Kornbluh工(gong)程師回憶說：“我們開(kai)始注意到(dao)存在一個(ge)甜區（sweet point），這時(shi)可(ke)(ke)以獲得(de)最優性能。沒有人確切地知道為(wei)什么，但(dan)是預拉伸(shen)聚合物(wu)可(ke)(ke)以使擊穿強(qiang)度【電極之(zhi)(zhi)間電流通路(lu)（passage of current）的阻(zu)力】增加100倍之(zhi)(zhi)多。”電活化(hua)應變(bian)提高的幅度與之(zhi)(zhi)類似。盡管原(yuan)因還不是很清楚，SRI的化(hua)學(xue)家(jia)裴其冰（音）認為(wei)：“預拉伸(shen)可(ke)(ke)沿平面膨脹方向(xiang)定位分(fen)子鏈，并且材料(liao)使得(de)沿該方向(xiang)更加堅硬。”為(wei)了(le)獲得(de)預拉伸(shen)效果，SRI的致動器設(she)備采用了(le)一個(ge)外部支撐結構。

第二項(xiang)關(guan)鍵發現得益(yi)于研究人(ren)員“測(ce)試(shi)我(wo)(wo)們(men)(men)所知(zhi)道的(de)每一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)可伸展材(cai)料(liao)，我(wo)(wo)們(men)(men)稱之(zhi)為(wei)(wei)愛迪生(sheng)方(fang)法(fa)，”Pelrine愉快地告(gao)訴我(wo)(wo)們(men)(men)。（為(wei)(wei)找(zhao)到合適的(de)電燈燈絲材(cai)料(liao)，托馬(ma)斯·愛迪生(sheng)系統地試(shi)驗過各種(zhong)(zhong)材(cai)質。）“在我(wo)(wo)家里(li)，為(wei)(wei)了不讓我(wo)(wo)那剛會走路的(de)孩(hai)子亂(luan)拿(na)(na)東西，我(wo)(wo)們(men)(men)用一(yi)(yi)把以(yi)(yi)聚(ju)(ju)合物材(cai)料(liao)做的(de)門鎖(suo)將(jiang)冰箱鎖(suo)住。孩(hai)子逐(zhu)漸(jian)長大，我(wo)(wo)們(men)(men)不再需要(yao)鎖(suo)什(shen)么(me)東西，因此(ci)將(jiang)鎖(suo)拿(na)(na)走。由于它(ta)(ta)是(shi)用可伸展材(cai)料(liao)制(zhi)成的(de)，我(wo)(wo)決定測(ce)試(shi)一(yi)(yi)下它(ta)(ta)的(de)應(ying)(ying)(ying)變屬(shu)性。令人(ren)驚訝的(de)是(shi)，它(ta)(ta)擁(yong)有極(ji)佳的(de)性能。”追溯鎖(suo)的(de)來源(yuan)以(yi)(yi)及分析其組成不是(shi)什(shen)么(me)難事(shi)，最后(hou)，這(zhe)種(zhong)(zhong)神(shen)秘的(de)聚(ju)(ju)合物“原來是(shi)聚(ju)(ju)丙烯酸(suan)橡膠(jiao)，它(ta)(ta)可以(yi)(yi)提供極(ji)大的(de)應(ying)(ying)(ying)變和能量輸出(chu)，線性應(ying)(ying)(ying)變達380%之(zhi)多。這(zhe)兩項(xiang)進展使(shi)得我(wo)(wo)們(men)(men)能夠開(kai)始將(jiang)電絕緣橡膠(jiao)應(ying)(ying)(ying)用到現實的(de)致(zhi)動(dong)器設備中。”該(gai)研究人(ren)員介紹(shao)說。

天然橡膠材料

SRI小組的(de)(de)通用(yong)(yong)研究方法(fa)比較靈活，包括(kuo)(kuo)許多(duo)種(zhong)設(she)(she)計、甚至包括(kuo)(kuo)不同(tong)的(de)(de)聚(ju)合(he)物(wu)。正如裴其(qi)冰所說：“這(zhe)是一臺(tai)設(she)(she)備(bei)，而不是一件材料(liao)。”據Pelrine稱(cheng)，該小組能(neng)(neng)夠用(yong)(yong)不同(tong)的(de)(de)聚(ju)合(he)物(wu)產生(sheng)活化效(xiao)應，包括(kuo)(kuo)丙烯酸樹(shu)脂和硅(gui)(gui)樹(shu)脂。甚至天(tian)然橡膠(jiao)也能(neng)(neng)產生(sheng)一定效(xiao)應。例如，在(zai)外部空間(jian)的(de)(de)極端溫度環(huan)境中，人造肌(ji)肉最好采(cai)用(yong)(yong)有機硅(gui)(gui)塑料(liao)，已經證明這(zhe)種(zhong)材料(liao)可以在(zai)零(ling)下(xia)100攝氏度的(de)(de)真空環(huan)境下(xia)工作。對于要求更大輸出力的(de)(de)應用(yong)(yong)，可能(neng)(neng)需要更多(duo)的(de)(de)聚(ju)合(he)物(wu)材料(liao)或者(zhe)將多(duo)臺(tai)設(she)(she)備(bei)串(chuan)聯或并(bing)聯。

SRI成員von Guggenberg 估計：“由于(yu)可(ke)以買(mai)到(dao)電絕緣橡膠的(de)現貨，而且我們在每臺設備至多只用到(dao)幾平方(fang)英尺的(de)材料，因此(ci)致(zhi)動器將會非常便(bian)宜，尤其是對于(yu)批量生產。”

激活電(dian)(dian)(dian)絕緣橡膠(jiao)致(zhi)動器的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)相對較(jiao)高，通常為1到(dao)5千伏，因此該設備可(ke)以(yi)(yi)在非常低的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)下運轉（一般而言(yan)，高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)意(yi)味(wei)著低電(dian)(dian)(dian)流(liu)）。致(zhi)動器還可(ke)以(yi)(yi)使用較(jiao)細、不太貴的(de)(de)導線，并且可(ke)以(yi)(yi)保持(chi)相當冷(leng)卻。Pelrine說：“在到(dao)達電(dian)(dian)(dian)場中止以(yi)(yi)及電(dian)(dian)(dian)流(liu)流(liu)經(jing)（電(dian)(dian)(dian)極之(zhi)間(jian)的(de)(de)）間(jian)隔的(de)(de)臨界點(dian)時，更高的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)將產(chan)生更大(da)的(de)(de)膨(peng)脹和(he)應(ying)力(li)。”

更大的難(nan)題是(shi)高電壓要(yao)用于(yu)移動設備，因為電池通常是(shi)低電壓的，因而(er)還需要(yao)附(fu)加的變壓線圈(quan)。而(er)且，在美(mei)國賓夕法尼(ni)亞州(zhou)州(zhou)立大學，張啟明（音）和他的研究(jiu)小組已經(jing)在嘗試(shi)通過將某些(xie)電致(zhi)伸縮(suo)聚合(he)物(wu)與其他物(wu)質(zhi)結合(he)生成合(he)成物(wu)，來降低它(ta)們的激活電壓。

當被問及電絕緣橡膠的(de)(de)(de)(de)耐久性時，von Guggenberg承認(ren)還(huan)需要更多(duo)的(de)(de)(de)(de)研究，并(bing)且證實(shi)了一(yi)個“合理跡象”，即(ji)(ji)他們(men)(men)要繼續工作足夠長(chang)時間以實(shi)現(xian)商(shang)業(ye)化用途，“例(li)如，我們(men)(men)為一(yi)位客戶(hu)運(yun)行的(de)(de)(de)(de)設備可產(chan)生(sheng)5-10%的(de)(de)(de)(de)應變(bian)，循環1000萬次。”另(ling)一(yi)臺設備可產(chan)生(sheng)50%的(de)(de)(de)(de)面積(ji)應變(bian)，循環100萬次。盡(jin)管人造(zao)肌(ji)(ji)肉(rou)設備比(bi)相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)電動馬(ma)達(da)要輕(qing)得多(duo)（聚合物本身的(de)(de)(de)(de)密(mi)度(du)與(yu)水差不多(duo)），SRI仍在通過減少必要的(de)(de)(de)(de)外部預應變(bian)設備，來努力減輕(qing)其(qi)質量(liang)。 2004年5月27號日本橫濱國立大學(xue)渡邊正(zheng)義教(jiao)授領(ling)導的(de)(de)(de)(de)研究小組開發出一(yi)種(zhong)新型人造(zao)肌(ji)(ji)肉(rou)，用一(yi)節(jie)干電池(chi)即(ji)(ji)能驅動，用于微(wei)型機(ji)器(qi)和小型機(ji)器(qi)人的(de)(de)(de)(de)關節(jie)部位十分合適。

這(zhe)種(zhong)人造(zao)肌肉(rou)(rou)形狀像(xiang)口香糖，長約5厘米(mi)，寬1厘米(mi)，厚幾百(bai)微米(mi)。它由一種(zhong)隨電壓變化(hua)而伸縮(suo)的高分子材料(liao)與一種(zhong)不(bu)易揮發(fa)的離(li)子液體混合制成，可以(yi)在(zai)正(zheng)常環境(jing)下長期使用。如果在(zai)微型機器的關(guan)(guan)節(jie)(jie)和驅動部(bu)位(wei)裝上這(zhe)種(zhong)人造(zao)肌肉(rou)(rou)，它可像(xiang)人的關(guan)(guan)節(jie)(jie)一樣(yang)發(fa)揮作用。