洋葱在厨房里让人流泪,现在可能会为机器人社区增添一些风味,因为台湾的科学家们已经创造了一种用镀金洋葱皮制成的人造肌肉。
作为软机器人研究的一部分,人造肌肉技术近年来蓬勃发展,因为科学家们正在寻找与环境互动和操纵环境的新方法——无论是通过医疗植入物还是工业机器人。这些技术通常使用聚合物或气动缸制造,但最近的注意力集中在利用纤维素等天然产品上。
来自英国布里斯托大学布里斯托机器人实验室的安德鲁·康恩解释说:“使用可生物降解材料绝对是一个不断发展的领域。”他没有参与这项工作。“我认为这对新型电子和机器人设备来说是一个非常令人兴奋的领域。”
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台湾国立台湾大学的石文彬和他的同事们最初在这个领域进行研究时,有了一个奇怪的发现。“我们最初使用微加工技术来制造聚合物肌肉,”石说。“然后我们发现洋葱细胞的晶格结构与我们一直在努力制造的结构相似。因此,我们开始研究使用洋葱细胞。”
根据石的说法,洋葱皮细胞的单层空心晶格使其成为有效的肌肉驱动器,可以收缩或膨胀。但是细胞壁中半纤维素的存在使其无法变得柔软和有弹性。研究小组通过用硫酸预处理洋葱皮并冷冻干燥来去除这种不需要的化合物。
在将不同厚度的金沉积到细胞的每一侧后,研究人员在他们的人造肌肉上施加了电压。在0–50V的低电压下,细胞膨胀并向下弯曲,但在50–1000V之间收缩并向上弯曲。“总的来说,细胞收缩和弯曲的方式像人类肌肉,”石评论道。
石和他的同事们说,由于在两个方向上的弯曲都如此明显,他们可以用这种肌肉构造简单的工具。“我们用洋葱肌肉做了一副镊子——这个装置可以抓住并移动一个0.1毫克的小[棉]球,”他说。“我们还可以使肌肉振动,并尝试用它来传递声波。”
康恩对这项工作印象深刻,但他认为真正的意义在于用于制造人造肌肉的材料本身。“会有一些小组对这项工作非常感兴趣,”康恩告诉化学世界。“[什么会]引起他们的注意是他们正在使用一种现成的天然材料,而且不需要大量的加工即可获得功能性驱动器。”