王策教授与学生们一起做实验。记者 阚璇 摄

　　渔线，肌肉，两个完全不搭边的物种，却被吉林大学国际团队科研人员巧妙结合，变身为强大的新型人工肌肉，主要成分，就是市面上常见的聚乙烯渔线，捻制之后，接触温度，这根人工肌肉就可以提起超过7kg的重物进行收缩运动。

　　2月21日，这项研究成果在《科学》杂志上发表。昨天，在吉林大学迈克德尔米德实验室里，参与新型人工肌肉课题研究的吉林大学高分子化学与物理专业博士徐秀茹，向记者讲述了这种新型人工肌肉之中的“高科技”——一根渔线的逆袭。

　　“超能力”

　　承受力是人体肌肉的100倍，收缩率达到49%

　　提到肌肉，大家可能最先想到自己的肱二头肌。“其实，人工肌肉是一种具有肌肉功能的材料，与人体肌肉是两回事。”徐秀茹说，新型的人工肌肉，并不是仿生模拟活体的生物过程，但是，它的力量，却远远超过人工肌肉。

　　“相比于相同尺寸和重量的人体肌肉，这种新型人工肌肉能举起的重量和承受的力是100倍左右，每千克这种人工肌肉，可承载7.1马力的功率。”徐秀茹比喻，这就好比7.1匹马同时动作，每秒钟所产生的能力，“相当于一个喷气发动机的功率。”

　　另外，人体肌肉的收缩率为20%，而新型人工肌肉最多可以达到49%，徐秀茹解释，“也就是说，假如人的10厘米肌肉，收缩后是8厘米，同样尺 寸的新型人工肌肉，收缩后是5厘米。”而收缩率高，就意味着可以承载更大的重量。吉林大学唐敖庆讲座教授、美国威尔士化学教授、德州大学达拉斯分校麦克德 尔米德纳米科技实验室主任瑞·鲍克曼教授说，一根新型人工肌肉，可举起16磅的重物，如果把100根人工肌肉平行集为一束，可以提起约0.8吨的重物，并 且进行收缩。

　　但是，就算承受着重力，新型人工肌肉的收缩性能仍然十分稳定，徐秀茹的导师、吉林大学麦克德尔米德实验室的王策教授介绍，他们在实验过程中发现，新型人工肌肉在收缩伸长200万次之后，其收缩率仍然没有发生改变。

　　这种新型人工肌肉看起来很强大，其实它的原理并不复杂——是通过将高强度的聚合物渔线或缝纫线卷曲和加捻制成的。“由温度的变化来进行驱动，使 它进行收缩，从而承载重量。”徐秀茹说，这种肌肉可显着沿其长度方向在加热时收缩，在冷却时可逆地恢复到原有长度。相反地，如果反方向卷取，这种肌肉在加 热时反而会伸长。

　　可是，怎么让新型人工肌肉发生温度变化？徐秀茹说，可以由电的驱动、光的吸收或燃料的化学反应来实现。“我在美国参与项目研究时，研究小组展示 了用这种肌肉制成的、根据不同环境温度可以自动打开和关闭百叶窗，当温度升高时，百叶窗会自动收缩，露出缝隙通风，温度低时，则会闭合上。”

　　“超划算”

　　几元钱的渔线取代黄金价格的碳纳米管

　　这项研究成果，听起来挺简单，可是，它的问世，是基于科研人员们10余年间的反复试炼。王策说，聚合物材质人工肌肉，已经是人工肌肉的第三代， 在这之前，还相继研究了记忆金属和碳纳米管两种人工肌肉，但是，与第三代的新型人工肌肉相比，它们都无法实现像人体肌肉那样灵敏的扭转，受力强度也比较 低，更主要的是，材料的价格十分高昂，“比如碳纳米管，价格堪比黄金。所以，这很难走出实验室，应用到实际生活当中。”

　　吉林大学麦克德尔米德实验室和德州大学达拉斯分校麦克德尔米德纳米技术中心，以及来自澳大利亚、韩国、加拿大和土耳其的研究单位，一直在联合进 行人工肌肉的研究，用渔线来作为人工肌肉，是参与项目研究的两位土耳其的教授和南开大学的李娜博士，他们偶然发现尼龙渔线在加热时的收缩状态后，经过研 究，将渔线选定为新型人工肌肉的主要材料。

　　2012年9月，26岁的徐秀茹前往美国美国德州大学达拉斯分校麦克德尔米德纳米技术中心，参与新型人工肌肉的研究，负责的方向是，实现新型人 工肌肉的扭转。“那时候，我几乎每天三分之二的时间都泡在实验室里，握着渔线研究，怎么让它们既能收缩，又能扭转，S方向、Z方向，反复旋转，反复尝 试。”终于，2013年3月的一天，徐秀茹在尼龙渔线加捻至刚刚要卷曲时，再进行加热，发现螺旋结构的加捻，可以实现扭转与收缩的并存，并且转速相当惊 人，每分钟能够超过1万转。

　　“超高端”

　　可制成既能调节温度、又力大无穷的衣物

　　“新型人工肌肉的收缩性能、受重能力，以及转速，都是此前研究的记忆金属和碳纳米管无法达到的。”鲍克曼教授认为，新型聚合物肌肉的应用空间是 无比巨大的。“肌肉可用于需要超人力量的地方，如机器人及可穿戴的外骨骼。”目前，最先进的机器人、义肢及可穿戴的外骨骼，一直受限于马达和液压系统的大 小、重量、功率及工作容量等限制，新型人工肌肉的问世，可以有效地解决这些问题。

　　新型人工肌肉也可以使老年人的机器人伴侣的面部表情栩栩如生，也可使微创显微手术机器人更加灵活，还可以驱动微型芯片。主要研究者卡特·海恩斯 说，研究组已经尝试用这种肌肉制成了随温度变化、孔隙可以可逆地打开和关闭的织布，“这使未来制造舒适的温度调节服成为可能。”不仅如此，徐秀茹设想，由 新型人工肌肉材料制成的衣物，可以承载相当大的重量，堪比超人的外衣。

　　“这种新型肌肉将来还有望用于航天航空、军事、工农业、医学、科技等多种行业及领域，例如：在军事上用于自动攻击及打击装置，民事和工业上用于自动温控阀门，医学上用于新型人工心脏等，为人类的各种活动的深入研究创造了新的可能性。”王策教授说。

　　新文化网 （赵实）