神奇的人造肌肉

羅會祥

科技的進步使上古時代異想天開的“神仙造人”也將在當代科學家手中變成現(xiàn)實。以人造肌肉組成的“類人機器人”正款款向我們走來。

如果說機器人是把“人”變成了工具，那么，人造肌肉則把機器變成了“人”。

上個世紀80年代，科學家發(fā)現(xiàn)，非金屬材料能在電流的作用下運動，于是開始構(gòu)想人造肌肉。作為人造肌肉的先驅(qū)者，美國航空航天局的科學家約瑟夫·巴·考恩用自己的研究成果證明，通過電流刺激，可使高分子材料自動伸縮和彎曲，研制出具有與人類肌肉相同機能的人造肌肉。

簡單地說，人造肌肉由粘合性塑料材料制成，是把管狀導電塑料集束成肌肉一樣的復合體，在管內(nèi)注入特殊液體，導電性高分子在溶液中釋放出離子，在電流的刺激下完成伸縮動作。通過控制電流強弱調(diào)整離子的數(shù)量，可以有效改變?nèi)嗽旒∪獾纳炜s性。相反，通過改變復合體的形狀也可以產(chǎn)生電。

人造肌肉具備人類肌肉的功能。在人造肌肉中，一根直徑為0.25毫米的管狀導電塑料可承重20克。相同的體積，人造肌肉比人體肌肉的力量強壯10倍。

研制人造肌肉，并不是科學家的心血來潮，而是為了排除人類探索自然過程中的障礙。在探測火星和其他星球的科學實驗中，傳統(tǒng)引擎驅(qū)動的機器人，除了關(guān)節(jié)之外，四肢沒有任何可以活動的關(guān)聯(lián)處，能量上自然是捉襟見肘。如果有了人造肌肉，四肢更加發(fā)達，能將分子能量的70%轉(zhuǎn)化為物理能量，遠遠大于電動引擎的功率。最近，一種名為Birod的生物機器人已問世，它可以負載超過自身1.7萬倍的重量。Birod既不怕火星的沙塵石，還大大減輕了自身的重量。

人造肌肉還可用于軍事。近年來，美國陸軍希望通過“未來士兵裝備”計劃減輕士兵戰(zhàn)斗負荷。麻省理工學院就正在研制用于未來士兵裝備的人造肌肉。人造肌肉一旦裝入手套、制服和軍靴里，士兵就會有超人的力量，舉重物、跳過高墻不在話下。

此外，利用人造肌肉可以發(fā)電的原理，士兵將不需要自己背發(fā)電機，美國斯坦福研究員正在開發(fā)一種“腳后跟”發(fā)電機，即把人造肌肉材料安裝在軍靴的鞋跟上，通過步行、跑步等運動就能使其發(fā)電。利用這一設(shè)備，一個普通個頭的人每邁出一步就可以產(chǎn)生一瓦特的功率，把這種電能儲存起來，隨時可以給便攜式電話等電器充電，非常適合在野外行動的士兵。

人造肌肉在制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。未來，凡是需要小型電動引擎來驅(qū)動的制造產(chǎn)業(yè)，人造肌肉都有用武之地。

汽車制造商就對人造肌肉很感興趣。一輛汽車通常需要50到100個驅(qū)動傳動裝置，如果這些裝置改用人造肌肉作驅(qū)動力，不光可增強耐磨性，更能極大地提高功率。

人造肌肉靈活柔軟的特性還可以用來制造醫(yī)用導管和在地震救災(zāi)中大顯身手的蛇形機器人。

作為生物型機器人的嘗試，日本大阪的伊美克斯公司還利用人造肌肉研制成一種可以亂真的機器魚。機器魚長6.7厘米，在水中游動的姿態(tài)與真魚沒什么差別，更難得的是，它的“耐力”可保持半年時間。機器魚的肚子里既沒有裝馬達、機軸、齒輪等機械裝置，也沒有電池，完全是靠伸縮自如的高分子材料自行驅(qū)動。

不管是在軍事領(lǐng)域，還是在商業(yè)制造領(lǐng)域，人造肌肉都將發(fā)揮無可估量的作用。考恩教授說：“我們不需要什么齒輪，也不需要軸承，我們所需要的就是可以導電的高分子材料。這將改變機器人研究的藍圖。”

（余摘自《環(huán)球時報》原標題為《人造肌肉讓士兵成超人》 本刊有刪節(jié)）