科学家研发全新人造肌肉 依靠葡萄糖和氧气来驱动

据外媒报道,林雪平大学的科学家通过开发一种依靠葡萄糖和氧气来驱动的人造肌肉,模仿机器人和生物体之间的界线。新的塑料肌肉由一种特殊的聚合物制成,开启了植入式人造肌肉和微型机器人的希望。

近年来,假肢的研发已经取得了很大的进步,但是用人造肌肉(而不是整个肢体)替换受损肌肉的前景是有趣的。不幸的是,立即呈现的一个重要问题是如何为这些设备供电?

实现这一目标的一种方法是用更接近模仿身体自身自然过程的传统致动器取代传统的执行器,这样机器人肌肉就会“替换”它所取代的那个。为实现这一目标,由林雪平大学物理、化学和生物学系传感器和执行器系统高级讲师Edwin Jager领导的团队转向由聚吡咯制成的“聚合物致动器”制成的人造肌肉。

聚吡咯是吡咯的聚合物,因其高导电性而着称。它主要用于电子设备和传感器,并在受到电流时改变其体积。

为了制造人造肌肉,研究人员将聚合物分成两层,两层之间有一层薄膜。当在一侧产生电荷时,聚合物中的离子被排出膜并且片材收缩。同时,另一侧的片吸收电子并膨胀。这使得整个事物像收缩的肌肉一样弯曲。

根据林雪平团队的说法,这种电荷可以通过电池施加,但它也可以通过用增强反应的酶掺杂聚合物从葡萄糖和氧气中获得。“这些酶以与体内相同的方式转化葡萄糖和氧气,产生在电活性聚合物制成的人造肌肉中运动所需的电子,”Jager说道。“不需要电压源:只需将执行器浸入水中的葡萄糖溶液即可。”

研究人员已经证明了这个原理,下一步就是控制反应,看看它是否可以通过许多重复循环来维持。他们的目标是最终模仿活体肌肉,并将其应用于微型机器人。

“葡萄糖可用于身体的所有器官,它是一种有用的物质,”Jager表示。“但是可以切换到其他酶,这将使得执行器能够用于例如用于湖泊中环境监测的自动微型机器人。我们在这里所取得的进步使得可以用来自自然环境物质的能量为执行器提供动力。”

该研究发表在《Advanced Materials》杂志上。

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