纳米肌肉

碳纳米肌肉

状态记忆合金驱动纳米肌肉

纳米管人工肌肉

利用纳米技术制造的人工肌肉

碳纳米肌肉

针对人造肌肉没有能力自我修复，科学家也在积极寻找对策。在这方面，美国德州大学纳米技术研究院的教授雷鲍夫曼的研究处于领先地位。雷鲍夫曼的研究思路是，利用电池或电源线为人造肌肉提供生命能量，其中像柴油等化学燃料储存的能量最多，相当于电池能量的10到100倍，但是如果能像人类肌肉通过食物供应获得再生能力一样，人造肌肉能够利用自我供电的方式获得能量，人造肌肉就会迈出伟大的一步。

鲍夫曼教授想到了自己比较熟悉的碳纳米管。美国国防部为了获得在危险情况下代替人类执行任务的机器人，必须想方设法让这些机器人装载的电池能够维持几天的运转，并将这一难题交给了鲍夫曼教授来攻关。

1999年，鲍夫曼小组利用几层碳纳米管研制成人造肌肉，由于碳纳米管能够容纳大量的电荷，向这些层状碳纳米管中施加一定的电压后，这些人造肌肉能够收缩。紧接着，鲍夫曼将层状碳纳米管与燃料电池相连，这些燃料电池能够将化学能转化成电能。他将3厘米宽的纳米肌肉带作为电极放在一封闭的硫酸容器中，用泵将空气中的氧气抽入硫酸容器中，氧气与硫酸中的氢离子结合生成水，在这一化学反应的过程中不断消耗电子，这些电子由层状碳纳米管提供。由于提供电子，碳纳米管就会因带正电荷越来越多而不断收缩变短；一旦将这些层状碳纳米管与带负电荷的阴极相连，碳纳米管会重新获得电子，正电荷越来越少，从而伸展到以前的长度。

由于鲍夫曼教授的碳纳米管肌肉是依靠化学反应获得动力的，科学家评价这一成果是人造肌肉研究过程中重要的进步。以前的人造肌肉都是与供应能量的装置分离的，而碳纳米管作成的人造肌肉与供应能量的电池连成一体，这样又向人类肌肉更接近了一步。

但是碳纳米肌肉有一个很大的局限，虽然能够产生的力量是人类肌肉的100倍，但它的伸缩幅度只有1%%，这个幅度太小，不能用于人造器官等装置。鉴于此，鲍夫曼教授开始尝试另一种完全不同的材料。

这个新材料就是镍钛诺，它是一种镍钛合金，拥有记忆形状的特殊能力，这种合金能够很容易地弯曲或伸展，一旦外力消失又会很快恢复到以前的形状。鲍夫曼教授将这些合金做成电线，这些电线能够“记住”两个不同的长度点。

研究小组在镍钛诺电线上镀一层铂作为催化剂，一旦镍钛诺电线暴露在含有乙醇气体的空气中，乙醇就会被空气中的氧气氧化，氧化过程中产生的热量会使镍钛诺电线受热继而缩短；如果切断空气中的乙醇供应，镍钛诺电线又会伸展到原来的长度。镍钛诺人造肌肉最大的优点是伸展幅度可以达到5%%，这个幅度完全可以达到机器人和人造假肢的要求。

然而这个镍钛诺人造肌肉也有一个缺点，就是它只能记住长和短两个不同的点，不能控制收缩和伸展的速度。要把这些肌肉用到机器人身上，研究人员还需要一种循环系统，这一循环系统可以不断控制镍钛诺电线受热的速率，还可以带走氧化中的废气，并有效地让镍钛诺电线冷却而伸展。

鲍夫曼研究小组还在研究用酶取代铂作为催化剂的可能性。酶催化剂可以调控糖含量，从而利用糖取代乙醇或天然气作为燃料来供应能量，就像利用血糖浓度来调控的人造心脏一样。这一工作原理，使得人造器官或组织能更接近人类真正的器官或组织。

状态记忆合金驱动纳米肌肉

风险企业日本Eamex（总部：大阪府池田市）正在开发的导电性高分子驱动装置和美国Nano Muscle开发的状态记忆合金驱动装置等使用纳米材料的人造肌肉，有可能被应用于未来的机器人中。另外，有的部位还可能使用MEMS（微机电系统）和NEMS（纳米机电系统）。

纳米管人工肌肉

得克萨斯大学的研究人员创造了一种基于纳米管的人工肌肉，坚硬如钢铁，轻如鸿毛，柔如橡胶，还能在高温下工作。它可用制造人工肢体，智能皮肤，甚至是《终结者3》中有变形能力的机器人。德州大学纳米技术学院主任Baughman称每单位面积人造肌肉产生的力是自然肌肉的30倍。研究人员创造的碳纳米管气凝胶薄片密度仅为每平方厘米1.5 毫克，与空气相近。每克“肌肉”能覆盖30平方米的面积，能拉伸也能压缩，拉伸比率为220%，它能承受的温度范围从25C到超过1200C。研究论文(摘要)发表在最新一期的《科学》杂志上，《连线》提供了多个演示视频。