最近，德國(guó)馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所、奧地利約翰內(nèi)斯開(kāi)普勒大學(xué)和美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)以軟體機(jī)器人的可持續(xù)性為重點(diǎn), 合作設(shè)計(jì)了一種基于明膠、油和生物塑料的完全可生物降解的高性能人造肌肉，這可能會(huì)徹底改變醫(yī)學(xué)和生物工程領(lǐng)域的發(fā)展。

(相關(guān)資料圖)

這種新型的人造肌肉由一種高彈性材料制成，可以通過(guò)電刺激收縮和放松，就像人體自然肌肉一樣。同時(shí)，由于材料的可生物降解性，這種肌肉可以在人體內(nèi)安全地分解，減少了潛在的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)和副作用。

這項(xiàng)創(chuàng)新的研究可能會(huì)對(duì)醫(yī)療行業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，這種人造肌肉可以被用來(lái)制作可植入人體的可降解心臟起搏器，這將為患有心臟疾病的患者提供更加安全和可靠的治療選擇。此外，這種人造肌肉還可以被應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如智能假肢、生物機(jī)器人和神經(jīng)修復(fù)等。

該研究團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中成功地制造了這種可生物降解的人造肌肉，并且正在進(jìn)一步測(cè)試其在動(dòng)物模型中的效果。他們希望這種技術(shù)能夠很快被應(yīng)用于臨床實(shí)踐，并帶來(lái)更多的生物醫(yī)學(xué)進(jìn)步。

研究團(tuán)隊(duì)展示了這種可生物降解技術(shù)的潛力，在使用壽命到期時(shí)，這些人造肌肉可被丟棄在市政堆肥箱中，6個(gè)月之內(nèi)就會(huì)完全生物降解。

研究人員表示，加速發(fā)展的軟體機(jī)器人領(lǐng)域迫切需要可持續(xù)材料，特別是對(duì)于一次性應(yīng)用，例如醫(yī)療手術(shù)、搜救任務(wù)和危險(xiǎn)物質(zhì)處理等。未來(lái)的機(jī)器人不會(huì)在產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)堆積在垃圾填埋場(chǎng)，而是成為植物生長(zhǎng)的堆肥。

研究團(tuán)隊(duì)此次建造了一種名為HASEL的電動(dòng)人造肌肉。HASEL像是充滿油的塑料袋，部分被一對(duì)電極覆蓋，通過(guò)在電極上施加高電壓讓其收縮，就像真正的肌肉一樣。HASEL變形的關(guān)鍵要求是構(gòu)成塑料袋和油的材料都是電絕緣體，可承受帶電電極產(chǎn)生的高電應(yīng)力。

研究表明，由一種特定材料組合制成的HASEL甚至能夠在數(shù)千伏電壓下承受10萬(wàn)次驅(qū)動(dòng)循環(huán)，而不會(huì)出現(xiàn)電氣故障或性能損失的跡象。

團(tuán)隊(duì)稱，這種新材料系統(tǒng)出色性能的展示，意味著可生物降解材料將被視為構(gòu)建機(jī)器人的可行選擇，更有望激勵(lì)其他材料科學(xué)家創(chuàng)造具有優(yōu)化電氣性能的新材料。該研究是朝著軟體機(jī)器人技術(shù)范式轉(zhuǎn)變邁出的重要一步。隨著綠色技術(shù)的日益普及，使用可生物降解材料建造人造肌肉將為未來(lái)機(jī)器人技術(shù)鋪平道路。

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論文原文

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf5551

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