生命科學

神奇的人造肌肉

以電流驅動聚合物所推動的機器手臂,有朝一日可能和人類比腕力較勁!

撰文/艾胥利(Steven Ashley,Scientific American撰述編輯)
翻譯/張明哲(師範大學物理系副教授)

生命科學

神奇的人造肌肉

以電流驅動聚合物所推動的機器手臂,有朝一日可能和人類比腕力較勁!

撰文/艾胥利(Steven Ashley,Scientific American撰述編輯)
翻譯/張明哲(師範大學物理系副教授)

那不過是個價值100美元的玩具—我們說的是一個有機器魚兒在裡頭游的水族箱。這新玩意兒是由位於日本大阪的伊美克斯(Eamex)公司所做出來的。它的不平凡之處在於,這些色彩鮮豔的塑膠魚群在水中模仿生物往前行進時,肚子裡可沒有機械裝置:諸如馬達、驅動器、機軸、齒輪等,甚至連電池都沒有。這些魚游動靠的是來回伸縮的塑膠內臟,彷彿就像是有自己的意志。它們是藉著新一代改良過的電流驅動聚合物(electroactive polymer,EAP,也就是通上電流就會產生動作的塑膠)所製作出來的第一個商業產品。


這幾十年來,製造「致動器」(actuator,能產生動作的裝置)的工程師,試著尋找和動物肌肉一樣的人工製品。只要藉著神經刺激而使長度改變,肌肉就可以提供足夠的力量來眨眼或是舉起槓鈴。肌肉還具有尺度不變性:其運作機制在不同的尺度下都運作得一樣好,這就是為什麼基本上同樣的肌肉組織可以驅動昆蟲,也能驅動大象。因此,借助於類似肌肉的東西,對於那些難以做出微型電動馬達的驅動裝置,可能會很有用。

EAP很有希望成為未來的人造肌肉。研究人員已經野心勃勃地研發以EAP為基礎的替代物,來取代許多現有的技術。而且他們不怕拿他們做的東西與自然界的對抗。幾年前,美國加州帕沙第納噴射推進實驗室的資深研究科學家巴科恩(Yoseph Bar-Cohen)等人,為了鼓舞EAP的研究界對這個領域的興趣,便提出一個挑戰:看誰能做出第一個以EAP驅動的機器手臂,能在一對一的情況下扳倒人類參賽者。他們後來還開始找尋贊助者來提供獎金給優勝者。


在現有的努力中,最有希望成功的或許是位在加州門洛帕克的史丹佛研究所(SRI International),它是一個非營利性質、依合約計畫做研究的實驗室。在未來幾個月內,SRI的管理階層希望能從投資基金中先撥出400~600萬美元,創設一個子公司(暫時命名為「人造肌肉公司」),從它已經取得專利的EAP技術製作商品。現在,SRI正在執行半打左右的研發合約,希望將人造肌肉推廣到市面上。這些計畫分別來自美國政府,還有製造玩具、汽車、電子產品、醫療器材以及鞋類等公司。


這家新公司的目標是什麼?它只想用SRI的新式致動器做出更小、更輕、更便宜的產品來取代許多我們常用的各式電動馬達,當然還包括取代許多其他常見的驅動機制。「我們相信,這個技術有很大的機會,對機械致動這個領域帶來革命性的影響。」實驗室的商業推展部主任古根堡(Phillip von Guggenberg)說:「我們想讓這個技術到處都看得到,就像那些你在一般器材店都能買得到的東西。」