采用无心轴制造技术的人造肌肉开始活动

得克萨斯大学达拉斯分校的研究人员发明了一种新的、廉价的人造肌肉制造方法，可用于机器人、舒适度调节夹克（随着周围空气变冷而变得更加隔热）和机械能采集器

在3月7日出版的《科学》杂志上发表的一项研究中，德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员及其合作者描述了他们的无心轴方法，用于制造弹簧状热驱动聚合物肌肉，该肌肉可以拉伸其原始长度的97%，弹簧指数超过50。

弹簧指数描述了弹簧的平均直径与其组成纤维或金属丝的直径之比。具有小弹簧指数的弹簧缠绕紧密，比具有较高指数的弹簧更硬，后者缠绕更松，更灵活，如Slinky玩具

达拉斯德州Alan G.MacDiarmid纳米技术研究所所长、该研究的资深合著者Ray Baughman博士是利用各种材料（包括聚合物纤维和碳纳米管）制造卷曲人造肌肉的先驱。他和其他研究人员之前已经通过将这种纤维或纱线包裹在心轴或纺锤上形成线圈，从而制造出高弹簧指数的卷曲肌肉

“问题在于，除了在肌肉卷绕后溶解芯棒外，没有关于制造无芯棒大弹簧指数纱线的工艺报告，这浪费了通常用作芯棒的大直径聚合物纤维，并产生了废物流，”自然科学与数学学院Robert a.Welch化学杰出主席Baughman说

张博士是纳米技术研究所的研究科学家，也是这项新研究的主要作者，他领导了无芯棒制造技术的发展

张说：“通过这种无芯棒的方法，高弹性指数纱线的制造成本可以大大降低。”。“当加热和冷却时，由于其较大的弹簧指数，这些肌肉可以显著收缩和伸长。”

该技术的一个应用是舒适调节夹克，当环境温度变得令人不舒服时，它会自动打开较大的隔热孔

Baughman和他的团队之前将他们使用心轴包裹工艺制造的聚合物人造肌肉授权给了一家服装制造商，该制造商将该技术纳入了2022年北京冬奥会美国队队员所穿的夹克中。Baughman说，由于芯棒包裹工艺非常昂贵，因此不再商业化生产护套

Baughman说：“我们新的无芯棒制造高弹性指数盘绕纤维的方法避免了这一主要问题，因此它可能很快就会使新的舒适调节夹克商业化。”

张说，这种制造方法还可以使弹簧指数沿着肌肉的长度变化。此外，研究人员使用无心轴方法制造高弹簧指数碳纳米管纱线，该纱线可用于收集机械能或作为自供电应变传感器

肌肉的精确膨胀和收缩动作是由热量驱动的，热量是通过施加电力或使用溶剂或电化学手段提供的

无芯轴制造工艺涉及在低于捻度的水平上将捻度插入单根纤维中，使它们自行卷曲，然后将扭曲的纤维捻合成弹簧状线圈。在捻合过程中，每根纤维都充当其他纤维的芯棒 More information: Mengmeng Zhang et al, Mandrel-free fabrication of giant spring-index and stroke muscles for diverse applications, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adr6708

Journal information: Science