氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)纖維形機(jī)器人工作原理示意圖。圖片來源：《仿生學(xué)》
【資料圖】
科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣
在兩項(xiàng)新的研究中，美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)并測試了一系列可以改變形狀并像肌肉一樣產(chǎn)生力量的紡織纖維。
在新一期《執(zhí)行器》期刊上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員重點(diǎn)研究了這種材料對(duì)人造肌肉力量和收縮長度的影響。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員為不同的應(yīng)用量身定做纖維。
在發(fā)表于《仿生學(xué)》上的另一項(xiàng)概念驗(yàn)證研究中，研究人員測試了該纖維作為活細(xì)胞支架的情況。研究發(fā)現(xiàn)，這種纖維（被稱為纖維機(jī)器人）可被用來開發(fā)人體活動(dòng)系統(tǒng)的3D模型。
研究人員用類似橡膠的材料制成了氣球狀管子，并將其封裝在紡織護(hù)套中，從而制造出了可變形的纖維。用氣泵給氣球內(nèi)部充氣會(huì)使護(hù)套膨脹，導(dǎo)致它變短。他們測量了由不同材料制成的纖維的受力和收縮率，以了解材料和性能之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，更結(jié)實(shí)、直徑更大的紗線會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的收縮力，用于制作氣球的材料也會(huì)影響收縮的幅度和力度。
研究人員表示，他們可根據(jù)設(shè)備所需的性能來定制材料特性。如果將這種設(shè)備做得足夠小，就有可能將其用于織物成型和其他紡織應(yīng)用，包括可穿戴設(shè)備和輔助設(shè)備。
在一項(xiàng)后續(xù)研究中，研究人員評(píng)估了是否可將形狀改變的纖維用作成纖維細(xì)胞的支架。成纖維細(xì)胞是結(jié)締組織中的一種細(xì)胞類型，有助于支持其他組織或器官。
他們研究了細(xì)胞對(duì)變形纖維運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)，以及對(duì)纖維結(jié)構(gòu)中使用的不同材料的反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞能夠覆蓋甚至穿透纖維機(jī)器人的編織鞘。在這項(xiàng)研究的3D動(dòng)態(tài)培養(yǎng)中，細(xì)胞可存活長達(dá)72小時(shí)。
研究人員表示，纖維機(jī)器人非常適合作細(xì)胞的支架，其能改變頻率和收縮率，為細(xì)胞創(chuàng)造更合適的環(huán)境。研究最終的目標(biāo)是將這些纖維作為干細(xì)胞的支架，或者在未來的研究中使用它們來開發(fā)人造器官。
總編輯圈點(diǎn)
新型材料是承載各種高端功能的載體，各領(lǐng)域前沿科技的發(fā)展越來越離不開材料科技的支撐。拿人造肌肉纖維來說，這種材料在柔性電子領(lǐng)域大有用武之地。如果用人造肌肉纖維作為服務(wù)機(jī)器人的制造材料，那么機(jī)器人將不再那么生硬冰冷，而變得更加“溫柔可親”。不僅如此，將其用于可穿戴領(lǐng)域，消費(fèi)者也可以享受到更多與人體皮膚更加貼合，使用起來無痕、無感的電子產(chǎn)品。這些，都要感謝材料科技的進(jìn)步。
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