新型“人造肌肉”舉起4000倍自重物體，可應(yīng)用在哪里？

據(jù)科技日報(bào)10月15日報(bào)道，韓國蔚山科學(xué)技術(shù)院研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種可在“柔軟靈活”和“堅(jiān)硬有力”狀態(tài)之間自由切換的新型人造肌肉。這種創(chuàng)新型肌肉可舉起相當(dāng)于自身重量四千倍的物體，其能量輸出遠(yuǎn)超人類肌肉。

這一成果有望推動(dòng)軟體機(jī)器人、可穿戴設(shè)備和醫(yī)療輔助技術(shù)的發(fā)展。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《先進(jìn)功能材料》雜志。

革命性的人

這種“可變剛度”人造肌肉采用雙重交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，化學(xué)鍵（共價(jià)鍵）賦予材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，通過熱刺激形成或斷裂物理鍵，使材料能在不同條件下改變剛度。

實(shí)驗(yàn)顯示，這種僅重1.25克的微型人造肌肉，在剛性狀態(tài)下可舉起5千克重物，相當(dāng)于約4000倍的自身重量。而在柔性狀態(tài)下，伸展率可達(dá)原始長度的12倍。在收縮過程中，其應(yīng)變率達(dá)到86.4%，超過人類肌肉（約40%）的兩倍。同時(shí)，其單位體積功率密度高達(dá)1150千焦/立方米，是人類肌肉的30倍。

可應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

團(tuán)隊(duì)還在這種材料中加入了經(jīng)表面處理的磁性微粒，使其能在外部磁場控制下實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)。團(tuán)隊(duì)表示，這種復(fù)合材料兼具“柔軟”與“強(qiáng)硬”兩種特性，為研制更靈活的軟體機(jī)器人、可穿戴設(shè)備以及直觀的人機(jī)交互系統(tǒng)打開了新大門。

“人造肌肉”可以植入人體嗎？

事實(shí)上，這一直是近年“人造肌肉”科研的重要方向。目前獲得一些進(jìn)展。例如，南京大學(xué)官網(wǎng)2024年11月發(fā)布消息指出，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝教授課題組聯(lián)合南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院鄭朋飛教授團(tuán)隊(duì)，從天然肌肉的結(jié)構(gòu)中汲取靈感，成功開發(fā)了一種柔軟且超強(qiáng)韌的多功能人工肌肉。

在大鼠VML模型中，該人工肌肉被植入后，其出色的彈性和柔軟性使得材料能夠與殘余肌肉一起靈活運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)因?yàn)閭鹘y(tǒng)手術(shù)縫合和石膏固定而導(dǎo)致肌肉萎縮或關(guān)節(jié)功能障礙。

該人工肌肉展現(xiàn)出了極高的生物相容性，通過活/死染色和CCK-8細(xì)胞活力測試，證實(shí)該材料對肌細(xì)胞無毒性，且細(xì)胞活力與對照組相比沒有顯著差異，表明材料不會(huì)對肌細(xì)胞造成不良影響。

在與C2C12肌細(xì)胞共培養(yǎng)7天后，通過肌鈣蛋白重鏈（MHC）染色顯示，在該人工肌肉上培養(yǎng)的肌細(xì)胞形成了沿材料拉伸方向排列的肌管，這表明材料能夠促進(jìn)肌細(xì)胞的生長和分化，有助于肌肉組織的再生。

這項(xiàng)研究成果可用于大體積肌肉缺失（VML）治療和假肢驅(qū)動(dòng)，為后續(xù)支架材料的發(fā)展和人工肌肉的臨床應(yīng)用提供了一種新方向。