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依靠葡萄糖和氧氣來驅動 科學家研發全新人造肌肉

2019-06-24 15:10:27  來源:Advanced Materials

近年來,假肢的研發已經取得了很大的進步,但是用人造肌肉(而不是整個肢體)替換受損肌肉的前景是有趣的。不幸的是,立即呈現的一個重要問題是如何為這些設備供電?

實現這一目標的一種方法是用更接近模仿身體自身自然過程的傳統致動器取代傳統的執行器,這樣機器人肌肉就會“替換”它所取代的那個。為實現這一目標,由林雪平大學物理、化學和生物學系傳感器和執行器系統高級講師Edwin Jager領導的團隊轉向由聚吡咯制成的“聚合物致動器”制成的人造肌肉。

聚吡咯是吡咯的聚合物,因其高導電性而著稱。它主要用于電子設備和傳感器,并在受到電流時改變其體積。

為了制造人造肌肉,研究人員將聚合物分成兩層,兩層之間有一層薄膜。當在一側產生電荷時,聚合物中的離子被排出膜并且片材收縮。同時,另一側的片吸收電子并膨脹。這使得整個事物像收縮的肌肉一樣彎曲。

根據林雪平團隊的說法,這種電荷可以通過電池施加,但它也可以通過用增強反應的酶摻雜聚合物從葡萄糖和氧氣中獲得。“這些酶以與體內相同的方式轉化葡萄糖和氧氣,產生在電活性聚合物制成的人造肌肉中運動所需的電子,”Jager說道。“不需要電壓源:只需將執行器浸入水中的葡萄糖溶液即可。”

研究人員已經證明了這個原理,下一步就是控制反應,看看它是否可以通過許多重復循環來維持。他們的目標是最終模仿活體肌肉,并將其應用于微型機器人。

“葡萄糖可用于身體的所有器官,它是一種有用的物質,”Jager表示。“但是可以切換到其他酶,這將使得執行器能夠用于例如用于湖泊中環境監測的自動微型機器人。我們在這里所取得的進步使得可以用來自自然環境物質的能量為執行器提供動力。”

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