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科学家研发超强碳纳米管人工肌肉,开启未来生物机械融合新纪元

近日,科学家成功研发出一种基于碳纳米管的超强人工肌肉,展现出远超人类肌肉的力量和速度,或将推动机器人技术及生物医学工程的重大突破。该技术由美国德克萨斯大学雷·鲍曼博士领导的国际团队联合澳大利亚、中国、韩国、加拿大和巴西的研究人员共同完成。

这款人工肌肉采用纳米技术制造,内部注入固体石蜡,能够承受自身重量10万倍的负载,产生的力量约为同等体积人类肌肉的85倍,收缩速度快至2.5万分之一秒,功率密度达到4200万瓦/千克,是传统内燃机功率重量比的四倍。

碳纳米管是一种无缝空心的纳米级圆柱体,直径仅为人类头发的万分之一,但其强度却是钢的百倍。人工肌肉通过高度扭曲成螺旋状的碳纳米管纱线制成,类似于航空模型中驱动橡皮筋的结构。加热时,注入石蜡的纱线会解开扭曲产生收缩,冷却时则恢复原状,实现快速且强大的机械运动。

鲍曼博士指出,尽管该人工肌肉在力量和速度上表现卓越,但短期内尚不适合直接替代人体肌肉。其简单结构和优异性能使其在机器人、微创手术导管、微型电机、微流体混合器、可调光学系统及微型阀门等领域拥有广泛应用前景。此外,纱线制成的衣物还能根据温度变化调节保暖性,并具备抵御化学腐蚀的能力。

该材料可耐受高达钢熔点以上1000摄氏度的极端温度,未来还可用于调节化学流量阀和环境温度感应的智能百叶窗。当前的主要挑战是如何实现该技术的规模化生产与应用推广。

这项研究不仅为人工肌肉技术的发展提供了新思路,也为生物机械融合和智能材料领域开辟了广阔的应用空间,标志着未来人机交互和增强人类能力的技术迈出了坚实一步。

(编译/严炎 刘星)

(责任编辑:泉水)