近年來(lái)，假肢的研發(fā)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是用人造肌肉(而不是整個(gè)肢體)替換受損肌肉的前景是有趣的。不幸的是，立即呈現(xiàn)的一個(gè)重要問(wèn)題是如何為這些設(shè)備供電?

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是用更接近模仿身體自身自然過(guò)程的傳統(tǒng)致動(dòng)器取代傳統(tǒng)的執(zhí)行器，這樣機(jī)器人肌肉就會(huì)“替換”它所取代的那個(gè)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，由林雪平大學(xué)物理、化學(xué)和生物學(xué)系傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)高級(jí)講師Edwin Jager領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向由聚吡咯制成的“聚合物致動(dòng)器”制成的人造肌肉。

聚吡咯是吡咯的聚合物，因其高導(dǎo)電性而著稱(chēng)。它主要用于電子設(shè)備和傳感器，并在受到電流時(shí)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(dāng)在一側(cè)產(chǎn)生電荷時(shí)，聚合物中的離子被排出膜并且片材收縮。同時(shí)，另一側(cè)的片吸收電子并膨脹。這使得整個(gè)事物像收縮的肌肉一樣彎曲。

根據(jù)林雪平團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，這種電荷可以通過(guò)電池施加，但它也可以通過(guò)用增強(qiáng)反應(yīng)的酶摻雜聚合物從葡萄糖和氧氣中獲得。“這些酶以與體內(nèi)相同的方式轉(zhuǎn)化葡萄糖和氧氣，產(chǎn)生在電活性聚合物制成的人造肌肉中運(yùn)動(dòng)所需的電子，”Jager說(shuō)道。“不需要電壓源：只需將執(zhí)行器浸入水中的葡萄糖溶液即可。”

研究人員已經(jīng)證明了這個(gè)原理，下一步就是控制反應(yīng)，看看它是否可以通過(guò)許多重復(fù)循環(huán)來(lái)維持。他們的目標(biāo)是最終模仿活體肌肉，并將其應(yīng)用于微型機(jī)器人。

“葡萄糖可用于身體的所有器官，它是一種有用的物質(zhì)，”Jager表示。“但是可以切換到其他酶，這將使得執(zhí)行器能夠用于例如用于湖泊中環(huán)境監(jiān)測(cè)的自動(dòng)微型機(jī)器人。我們?cè)谶@里所取得的進(jìn)步使得可以用來(lái)自自然環(huán)境物質(zhì)的能量為執(zhí)行器提供動(dòng)力。”