換上一件“外衣”,你馬上就會擁有一種超能力,變身成“超人”……不久的將來,科學家們就能依靠他們現在研制出的第三代人工肌肉把這一夢境變成現實。
2月20日,第三代人工肌肉的研究成果在美國《科學》期刊刊登出來了,研發團隊中有一個來自吉林大學的女博士,叫做徐秀茹。昨日,這位嬌小、清秀的女博士說,自己心中也有一個“鋼鐵俠”的夢想。
為什么研制?
前兩代人工肌肉有不足
2011年,美國德州大學納米科技研究所所長鮑曼(Ray Baughman)向吉大發出了邀請,想讓吉大的科研人員參與第三代人工肌肉的研制項目。當時只有25歲的女博士徐秀茹被導師王策選中參與到了這個項目之中。
“2012年的9月,我去了美國德州大學達拉斯分校的麥克德爾米德納米科技實驗室,在那里和來自世界各地的科學家們一起做項目。”徐秀茹說,當時第一代和第二代的人工肌肉,無論是從力量上還是從靈活性等方面都不盡如人意,而且人工肌肉的成本非常高,第二代人工肌肉所用的碳納米管材料甚至比黃金都昂貴。
所以科學家們打算能不能用其他的材料嘗試制第三代肌肉,來改善前兩代人工肌肉的不足之處。
有何超能力?
舉起的重量是人體肌肉100倍
后來,科學家們想到了把日常可見的釣魚線或縫紉線盤繞成束,制成了第三代人工肌肉。昨天,徐秀茹還特意展示了這種釣魚線,一根釣魚線只有100多微米,比一根頭發絲粗一點兒,人工肌肉就是由若干根釣魚絲扭成非常緊的線圈制成的。
“用釣魚線的好處就是強韌,而且成本低廉,一卷450米長的釣魚線在市場上也就賣幾塊錢。”徐秀茹說,這種聚合物肌肉能舉起的重量,是同樣大小人體肌肉的100倍。每千克這種人工肌肉可產生7.1馬力的功率。
徐秀茹解釋說,可以在人工肌肉上“加”光能、電能,并利用溫度變化使其收縮與放松。
吉大有啥貢獻?
讓人工肌肉更具靈活性
僅能擁有“超人”的力量還不夠,還要有人體的靈活性,徐秀茹就在改善人工肌肉靈活性上做出了重大的貢獻。在實驗室里,徐秀茹用了將近半年的時間嘗試了很多種辦法來改進人工肌肉的靈活性,但是都失敗了。
心性強韌的徐秀茹并不氣餒,終于在2013年3月的某一天,她把釣魚線用螺旋式加捻的辦法攻克了人工肌肉靈活性的難題。“我讓人工肌肉可以扭轉了,這是以前從來沒有過的。”徐秀茹說。
在吉大麥克德爾米德實驗室里,徐秀茹手里拿著一根普通的漁線,一邊演示自己的成果。她把一束釣魚線加捻,產生出一種類似彈簧的螺旋結構。“肌肉最重要的功能是通過收縮運動產生力量,而這種螺旋結構可以產生非常好的收縮效果。”徐秀茹說。
人工肌肉有何用途?
制成力大無窮的“外甲”
一提到人工肌肉,就會想到是不是用來制作機器人、義肢?“當然有這個用途了,不過還可以變成‘鋼鐵俠’,我超喜歡‘鋼鐵俠’,我們可以把人工肌肉做成‘外甲’,也就是說‘外衣’,然后我們就會變得比平時大很多很多的力量,平時搬不起來的重物,穿上‘外甲’后搬起來就是小菜一碟。”徐秀茹說,自己是《鋼鐵俠》的超級粉絲。
目前最先進的人型機器人或義肢,受限于笨重馬達與液壓系統,有礙于其靈活程度、力量與整體工作能力。未來這種新人工肌肉的應用,可能包括機器人微創手術、義肢,以及制造功能更強的機器人。而且由于新人工肌肉是由釣魚線等做成的,成本低廉,從而也會使義肢的成本降低至目前醫用義肢成本的1%-2%。
除此之外,新型人工肌肉纖維還有一個有趣的實用用途,即制作“自動調溫”衣物或者窗戶。王策博士說,研究人員可利用聚合物線圈織成“可以呼吸”的材質,織料縫隙會隨氣溫打開或關閉,幫助通風或防風,利用這種用途可以做成“百葉窗”。用這種新人工肌肉制成的百葉窗可在天氣熱時自動打開。將來,人們可用它制成能夠自動調節的服裝,甚至可制成防護甲。
付出了多少?
曾經一天只睡3個小時
回憶起在美國那段實驗的歲月,徐秀茹說,科研人員的日子是混淆了晝夜。在萬籟俱寂的黑夜,常常是徐秀茹靈感迸發的時候,她經常是下午進實驗室,然后第二天上午才走出來。“最忙的時候,一天也就能睡上3個小時。”
徐秀茹是1987年出生的,在2005年的高考中,以648分的高分從通化市考入了吉林大學著名的化學專業,由于在學校的優異表現,被保送碩博連讀。由于長年“泡”在實驗室里,徐秀茹的心性非常單純,面對記者時,覺得自己回答得“不好”或者解釋得不清楚,還會吐吐舌頭做出抱歉的俏皮狀。
由于與外界接觸得少,徐秀茹朋友圈僅限于老師和同學。“所以我現在還沒有男朋友,這樣我就可以為‘鋼鐵俠’夢想的實現留出更多的時間。”徐秀茹笑著說。
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