复旦研发"人工肌肉":几十毫秒间以骨骼肌10倍强度收缩
原标题:几十毫秒间以骨骼肌10倍强度收缩复旦研发新型“人工肌肉”
具有多级螺旋结构的纤维状人工肌肉示意图 彭慧胜供图
东方网9月19日消息：手指碰到开水杯后急速收缩，手臂骨骼肌强烈收缩，这是自然反应。想像一下，人工制造出的材料，遇到特定刺激和环境变化，在几十毫秒间，以骨骼肌10倍强度收缩响应，这在医疗、敏感器件制造中将带来怎样的震撼？昨天，复旦大学传出信息，高分子科学系先进材料实验室团队通过对碳纳米管的多级螺旋组装，成功制备出这种新型的“人工肌肉”。
科学界对人工肌肉材料的研究很早就开始了，但传统人工肌肉材料多是基于功能性的高分子材料，对溶剂的响应速度慢，运动形式单一，只是简单地膨胀或弯曲，且不容易控制。此次，彭慧胜教授带领的团队突破了传统材料选择，使用的碳纳米管具有很高的比表面积，且质量轻，导电性好，在该领域取得了新突破。
彭慧胜介绍，这项研究受到植物内部螺旋结构的启发。自然界中，很多植物会对外界环境（如湿度的变化）的刺激产生新奇的运动行为，如松果随湿度变化产生弯曲变形，种芒在潮湿土壤表面发生卷绕运动等。这些植物运动对植物繁殖生长、自我防卫和养料摄取等方面起重要作用。研究发现，植物内部纤维素微纤的螺旋排布是导致上述植物运动的结构基础。
由此，研究团队以具有高比表面积、优异的力学和电学性能取向的碳纳米管为基本单元，对其进行多级螺旋构筑，在纤维内部形成大量纳米和微米尺度的管道结构，这种多级管道结构可以使溶剂快速高效地渗透到纤维内部。其对溶剂的响应速度比传统的高分子基敏感材料高三个数量级，并可以同时产生强劲的收缩和旋转运动。
这种结构设计为制备高性能的智能响应材料和器件开辟了一个全新的思路。据悉，这种导电的人工肌肉材料对溶剂响应具有很高的灵敏性和选择性，在工业生产和化学品储存中，可以用来探测毒性溶剂的泄露和预警。下一步，研究团队将继续完善这项研究，并已经通过对纤维进行表面改性，实现了对水的收缩和旋转响应，制成了可感应湿度变化的智能窗帘——可通过感应湿度的变化，智能地展开或闭合，并智能地调节展开的幅度大小，从而影响房间内的湿度变化。