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内布拉斯加大学发明具有微流体血管的合成“肌肉” 未来可应用于软体机器人

盖世汽车刘丽婷 2026-01-29 11:38:47

盖世汽车讯据外媒报道，内布拉斯加大学（University of Nebraska）的研究人员开发出新型合成材料，能够像生物肌肉一样运作。这项突破有望为软体机器人、假肢和先进的人机交互界面开辟道路。

图片来源：内布拉斯加大学

相关研究成果发表在期刊《Advanced Functional Materials》上，展示了一种基于水凝胶的驱动器系统，该系统将运动、控制和燃料输送集成于单一平台中。

内布拉斯加大学林肯分校化学系副教授Stephen Morin表示，生物肌肉是自然界的奇迹之一。它能够产生惊人的力量，快速运动，并适应各种不同的任务。此外，它在能量利用方面的灵活性也令人瞩目，能够利用糖类、脂肪和其他化学储备，并在需要时将其转化为可用于驱动肌肉运动的能量。

合成肌肉是材料科学领域的圣杯之一

“人造肌肉一直是一个难以企及的目标，”Morin说道，目前包括内布拉斯加大学在内的许多机构都在进行相关研究。“我不会说我们已经成功了，因为我认为我们还没有，但我们在目前的工作中展示了两个对合成人造肌肉目标至关重要的原理，那就是微观结构和化学控制。”Morin同时也是内布拉斯加大学材料与纳米科学中心的成员。

水凝胶肌肉系统的工作原理

水凝胶——一种用途广泛、吸水性强的聚合物网络——在软体驱动器领域展现出巨大的潜力，但其性能受限于响应速度慢以及必须完全浸没在水中才能工作。

Morin和他的团队一直在研究一种新型的水凝胶软体驱动器，该驱动器将微小的水凝胶单元（称为微凝胶）与模拟血管的内部微流体“循环系统”集成在一起。这种方法制造出的驱动器能够在非水环境中快速接收化学或热刺激。

最终，这有望打造出一个响应速度和灵活性堪比生物肌肉的系统，从而实现快速响应、精确控制以及诸如微型抓取和具有可编程运动的多驱动器软体机器人“手”等实用的软体机器人功能。

潜在应用及未来发展方向

Morin表示，依赖刚性电机、电线和电池的传统机器人组件仍将占有一席之地，但这种柔软、灵活且水基的合成肌肉更适合机器人与人密切互动或在敏感环境中运行的场景。

Morin还表示，未来的版本可能会采用更接近天然肌肉纤维的纤维状或管状结构，这将有助于扩大系统规模，使其更适用于实际应用。