氣動驅動纖維形機器人工作原理示意圖。圖片來源：《仿生學》
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科技日報記者?張佳欣
在兩項新的研究中，美國北卡羅來納州立大學的研究人員設計并測試了一系列可以改變形狀并像肌肉一樣產生力量的紡織纖維。
在新一期《執行器》期刊上發表的一項研究中，研究人員重點研究了這種材料對人造肌肉力量和收縮長度的影響。這些發現可以幫助研究人員為不同的應用量身定做纖維。
在發表于《仿生學》上的另一項概念驗證研究中，研究人員測試了該纖維作為活細胞支架的情況。研究發現，這種纖維（被稱為纖維機器人）可被用來開發人體活動系統的3D模型。
研究人員用類似橡膠的材料制成了氣球狀管子，并將其封裝在紡織護套中，從而制造出了可變形的纖維。用氣泵給氣球內部充氣會使護套膨脹，導致它變短。他們測量了由不同材料制成的纖維的受力和收縮率，以了解材料和性能之間的關系。結果發現，更結實、直徑更大的紗線會產生更強的收縮力，用于制作氣球的材料也會影響收縮的幅度和力度。
研究人員表示，他們可根據設備所需的性能來定制材料特性。如果將這種設備做得足夠小，就有可能將其用于織物成型和其他紡織應用，包括可穿戴設備和輔助設備。
在一項后續研究中，研究人員評估了是否可將形狀改變的纖維用作成纖維細胞的支架。成纖維細胞是結締組織中的一種細胞類型，有助于支持其他組織或器官。
他們研究了細胞對變形纖維運動的反應，以及對纖維結構中使用的不同材料的反應。結果發現，這些細胞能夠覆蓋甚至穿透纖維機器人的編織鞘。在這項研究的3D動態培養中，細胞可存活長達72小時。
研究人員表示，纖維機器人非常適合作細胞的支架，其能改變頻率和收縮率，為細胞創造更合適的環境。研究最終的目標是將這些纖維作為干細胞的支架，或者在未來的研究中使用它們來開發人造器官。
總編輯圈點
新型材料是承載各種高端功能的載體，各領域前沿科技的發展越來越離不開材料科技的支撐。拿人造肌肉纖維來說，這種材料在柔性電子領域大有用武之地。如果用人造肌肉纖維作為服務機器人的制造材料，那么機器人將不再那么生硬冰冷，而變得更加“溫柔可親”。不僅如此，將其用于可穿戴領域，消費者也可以享受到更多與人體皮膚更加貼合，使用起來無痕、無感的電子產品。這些，都要感謝材料科技的進步。
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