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人造肌肉技术获重大突破,华裔女科学家居功至伟

编辑说:据Science网站4月18日报道,斯坦福大学华裔女科学家鲍哲楠率领研究团队在弹性纤维研究上取得突破,开发出的人造肌肉不但伸缩性十足,还拥有极强的自我修复能力。人造肌肉由高分子聚合物链条缠绕而成。链条中含有硅、氧、氮、碳等多种原子,还有铁盐。

来源:中国日报网   2016-04-22 08:54人造肌肉

据Science网站4月18日报道,斯坦福大学华裔女科学家鲍哲楠率领研究团队在弹性纤维研究上取得突破,开发出的人造肌肉不但伸缩性十足,还拥有极强的自我修复能力。

人造肌肉由高分子聚合物链条缠绕而成。链条中含有硅、氧、氮、碳等多种原子,还有铁盐。铁原子通过化学键和氧、氮原子相互连接,确保链条能够拉伸,却不容易被拉断。

人造肌肉的形状发生改变时,链条内部联系也会随着拉伸、变形,甚至破坏、重组。但是,人造肌肉拉伸完毕,恢复原状的时候,链条内部联系就跟着恢复本来模样,重获最初的强度和弹性。

说完了拉伸效果,就谈谈神奇的自我修复功能。如果有人在人造肌肉上戳一个洞,破洞两侧的铁原子就会和氮、氧原子相互吸引,重新建立化学键,在72小时之内自动把破洞补上。

即便人造肌肉被切成两半,只要把断口对准,放在一起,它甚至能自动重新连接起来——这同样要归功于化学键。即便是在摄氏零下20度的低温中,用这个方法重新接上的“人造肌肉”仍然能恢复其90%的伸缩性。

人造肌肉和真正的肌肉之间存在一定差距。在通电情况下,它的长度能迅速伸长2%;相对而言,自然肌肉通了电,长度可以拉伸45倍或者缩短40%,而且之后还能恢复原样。

鲍哲楠表示,本项研究的主要目的是探索研发规则,为开发可伸缩、可自愈材料提供指导;而人造肌肉只是其潜在应用中的一种。学者把这种弹性纤维命名为“Fe-Hpdca-PDMS”。有关研究成果已经在《自然化学》上发表。

鲍哲楠生长于中国南京,毕业于南京大学,后移民美国。2015年,鲍哲楠还被《自然》评为全球十大科学人物之一。

人造肌肉的概念几十年前就已出现。研究人员尝试了纳米管、陶瓷、金属合金等多种材料,未有重大突破。2000年,科学家发现,弹性纤维通电之后能够伸长3倍,却不具备自我修复功能。此后,科学家虽然在自我修复上花了不少功夫,却在强度和弹性上遭遇短板,无法制造高质量的人造肌肉。在此背景之下,鲍哲楠的研究可谓意义非凡。

克莱姆森大学的高分子聚合物专家马雷克•乌尔班评论说,鲍哲楠团队有关聚合材料的研究非常有趣,难度极大,并且拥有相当广阔的实用前景。这种弹性纤维拥有伸缩性、弹性,可以拿来制造人造肌肉,显著改善假肢功能。它通电可以伸缩,能用来制造压力感应装置。它遭遇破坏能够自我修复,将来还能在太空探索中一展拳脚,因为在太空中修复探测器的难度相当大。


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