黑科技！人工肌肉材料浮出水面 中国智能高分子材料领先国际水平

黑科技！人工肌肉材料浮出水面 中国智能高分子材料领先国际水平

近年来，随着新型智能高分子材料的快速发展，为人工肌肉的制造及应用提供了新的发展契机。这些新型智能材料，如液晶高分子、水凝胶、电绝缘橡胶以及形状记忆高分子，可根据外部环境刺激例如电、光、磁、热等变化呈现出各种复杂的形态变化，行为非常接近甚至优于真正的肌肉纤维。基于这些具有优异性能的材料，人们陆续制备出各种仿生柔性器件。

从某种意义上来说，拥有智能、柔性、仿生等特点的智能项目高分子材料，己成为当代科学发展的热点方向。在我国发布的“十三五”百大工程中，将发展智能高分子材料囊括其中，开发具有与生物肌肉相似运动功能的人工肌肉是该领域的重要分支。它在柔性外骨骼、假体、仿真机器人、变翼飞行器、传感器等领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。得益于科学界及产业界的持续关注，智能高分子材料的研究在过去十年中获得重要突破，正处于从追求单一功能向寻求智能化集成、从基础研究向应用转换的阶段。

论坛上，清华大学副教授吉岩带来所在团队正在进行的“可多次塑型的液晶弹性体”研究。液晶弹性体能够在外界刺激下，发生大幅度的可逆形变， 既可应用于人工肌肉，又可作为制动器应用于软机器人、可穿戴电子器件和介入诊疗微器械等领域。但是传统的液晶弹性体，因加工制备不便，应用受到了诸多制约。研究人员通过将动态共价键，引入到传统的液晶弹性体中，寻求解决液晶弹性体的加工瓶颈。

南开大学化学学院研究员张振杰科研团队，正在研究“基于晶态材料构筑新型智能驱动材料”，科学家首次将小尺寸的有机小分子晶体，通过混合基质膜的策略制备成大尺寸的人工肌肉材料，并展示了其多变的运动方式。同时，科研人员还利用高分子与共价有机框架（COFs）材料复合，成功构建了一类具有高机械性能的COFs膜，不仅可以作为高效分离膜，还可以作为人工肌肉进行复杂的运动行为。

据介绍，我国在智能高分子材料领域的研究整体达到国际先进水平，在高性能分子材料设计、合成方面甚至具备领先优势。但是，在高分子结构的控制与仿真，构建柔性仿生执行器及其实用化方面，还相对薄弱。目前，智能高分子材料在生物医学领域的应用成为科学家们研究的新方向，并且有望实现大规模化生产和临床应用。

与会专家纷纷表示，智能高分子材料的研究已到达从基础研究向应用转化的关键时期，如何将这些成果与生物医学相结合，解决未来实际应用中面临的各种科学和技术问题，如在韧带和肌腱损伤修复领域等的应用，需要材料、化学、生物医学等领域多学科深度交叉合作。

背景

生物体本身就是一种复杂而又高度智能的生物系统，即使在科学技术蓬勃发展的今天，科技前沿的机电系统也无法媲美最简单的生物体系统。例如肌肉，作为生物学上可收缩的组织，具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动以及自修复功能，一直以来就是研究者开发驱动器灵感的来源。但早期的人工肌肉一般以机械装置作为载体，通过复杂的刚性模块连接构成，并且需要笨重的马达与传动装置进行驱动，难以在微纳工程以及生物医学等领域得到应用。

关于人工肌肉

新型人工肌肉是科学家用制作钓鱼线和缝线的纤维扭成非常紧的线圈制成，并利用温度变化使其收缩与放松。还有个有趣的实用用途，即制作“自动调温”衣物。研究人员可利用聚合物线圈织成“可以呼吸”的材质，织料缝隙会随气温打开或关闭，帮助通风或防风。

文章来源： 新民晚报