神奇的人造肌肉

羅會(huì)祥

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

如果說機(jī)器人是把“人”變成了工具，那么，人造肌肉則把機(jī)器變成了“人”。

上個(gè)世紀(jì)80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，非金屬材料能在電流的作用下運(yùn)動(dòng)，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(xué)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(dòng)伸縮和彎曲，研制出具有與人類肌肉相同機(jī)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(dǎo)電塑料集束成肌肉一樣的復(fù)合體，在管內(nèi)注入特殊液體，導(dǎo)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(dòng)作。通過控制電流強(qiáng)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(fù)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(dǎo)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(qiáng)壯10倍。

研制人造肌肉，并不是科學(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)引擎驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，除了關(guān)節(jié)之外，四肢沒有任何可以活動(dòng)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(dá)，能將分子能量的70%轉(zhuǎn)化為物理能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電動(dòng)引擎的功率。最近，一種名為Birod的生物機(jī)器人已問世，它可以負(fù)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(jì)劃減輕士兵戰(zhàn)斗負(fù)荷。麻省理工學(xué)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(huì)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(jī)，美國斯坦福研究員正在開發(fā)一種“腳后跟”發(fā)電機(jī)，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(yùn)動(dòng)就能使其發(fā)電。利用這一設(shè)備，一個(gè)普通個(gè)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(chǔ)存起來，隨時(shí)可以給便攜式電話等電器充電，非常適合在野外行動(dòng)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(dòng)引擎來驅(qū)動(dòng)的制造產(chǎn)業(yè)，人造肌肉都有用武之地。

汽車制造商就對(duì)人造肌肉很感興趣。一輛汽車通常需要50到100個(gè)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，如果這些裝置改用人造肌肉作驅(qū)動(dòng)力，不光可增強(qiáng)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(dǎo)管和在地震救災(zāi)中大顯身手的蛇形機(jī)器人。

作為生物型機(jī)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(jī)器魚。機(jī)器魚長6.7厘米，在水中游動(dòng)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(shí)間。機(jī)器魚的肚子里既沒有裝馬達(dá)、機(jī)軸、齒輪等機(jī)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(dòng)。

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(dǎo)電的高分子材料。這將改變機(jī)器人研究的藍(lán)圖。”

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