更好地了解柔軟的人造肌肉

人造肌肉將為未來的軟機器人和可穿戴設備提供動力。但是，對於這些功能強大的結構的基礎機制，還需要更多了解，以便設計和構建新設備。

現在，哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員發現了人造肌纖維的一些基本物理特性。

勞拉·馬哈德文（L. Mahadevan）表示：「可以輕鬆拉伸，彎曲，扭曲或剪切的細軟絲能夠極端變形，導致結狀，辮狀或環狀結構易於存儲或釋放能量。」 England de Valpine應用數學，生物和進化生物學以及物理學教授。 「最近，許多實驗小組已將其用於製造原型人造肌肉纖維。但是，在此過程中，這些細長纖維的拓撲，幾何形狀和力學如何結合在一起尚不清楚。我們的研究解釋了這些形狀背後的理論原理進行轉換，並闡明基本的設計原則。」

該論文的第一作者，應用數學博士學位的尼古拉斯·查爾斯說：「軟纖維是肌肉的基本單位，可以用於從機器人技術到可以響應諸如熱或濕度等刺激的智能紡織品的所有事物。」 「如果我們能理解該系統，則可能性是無限的。我們的工作解釋了柔軟，強力拉伸和扭曲纖維的複雜形態，並為最佳設計提供了指導。」

該研究發表在《物理評測快報》上。

柔軟的纖維或細絲可以拉伸，剪切，彎曲或扭曲。這些不同的動作如何相互作用以形成結，辮和螺旋，這對軟執行器的設計很重要。想像一下，儘可能緊地拉伸和扭曲橡皮筋。隨著扭曲變得越來越緊，樂隊的一部分將從飛機上彈出，並開始圍繞自身扭曲成線圈或結。這些線圈和環的形式正確，可用於驅動打結的光纖。

研究人員發現，不同程度的拉伸和扭曲會導致不同類型的複雜非平面形狀。他們表徵了哪些形狀會導致扭結環，哪些線圈會緊縮以及哪些會導致兩者混合。他們發現預拉伸對於形成線圈非常重要，因為這些形狀在拉伸下最穩定，並模擬了如何使用此類線圈進行機械加工。

查爾斯說：「這項研究為我們提供了一種簡單的方法來預測柔軟的長絲將如何響應扭曲和拉伸。」

Mahadevan說：「展望未來，我們的工作也可能與涉及纏結的細絲的其他情況相關，例如成交量發，聚合物動力學以及太陽和其他恆星幣中磁場線的動力學。」

該研究由伊利諾伊大學機械科學與工程學助理教授，該小組的前成員Mattia Gazzola合著。它得到了美國國家科學基金會的部分支持。

有所作為：贊助機會

故事來源：

用料 由…提供 哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院。利亞·伯羅斯（Leah Burrows）撰寫的原著。注意：可以編輯內容的樣式和長度。