據(jù)科技日報10月15日報道，韓國蔚山科學技術(shù)院研究團隊研發(fā)出一種可在“柔軟靈活”和“堅硬有力”狀態(tài)之間自由切換的新型人造肌肉。這種創(chuàng)新型肌肉可舉起相當于自身重量四千倍的物體，其能量輸出遠超人類肌肉。

這一成果有望推動軟體機器人、可穿戴設(shè)備和醫(yī)療輔助技術(shù)的發(fā)展。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《先進功能材料》雜志。

革命性的人

這種“可變剛度”人造肌肉采用雙重交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，化學鍵（共價鍵）賦予材料結(jié)構(gòu)強度，通過熱刺激形成或斷裂物理鍵，使材料能在不同條件下改變剛度。

實驗顯示，這種僅重1.25克的微型人造肌肉，在剛性狀態(tài)下可舉起5千克重物，相當于約4000倍的自身重量。而在柔性狀態(tài)下，伸展率可達原始長度的12倍。在收縮過程中，其應(yīng)變率達到86.4%，超過人類肌肉（約40%）的兩倍。同時，其單位體積功率密度高達1150千焦/立方米，是人類肌肉的30倍。

可應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

團隊還在這種材料中加入了經(jīng)表面處理的磁性微粒，使其能在外部磁場控制下實現(xiàn)精確運動。團隊表示，這種復合材料兼具“柔軟”與“強硬”兩種特性，為研制更靈活的軟體機器人、可穿戴設(shè)備以及直觀的人機交互系統(tǒng)打開了新大門。

“人造肌肉”可以植入人體嗎？

事實上，這一直是近年“人造肌肉”科研的重要方向。目前獲得一些進展。例如，南京大學官網(wǎng)2024年11月發(fā)布消息指出，南京大學化學化工學院李承輝教授課題組聯(lián)合南京醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院鄭朋飛教授團隊，從天然肌肉的結(jié)構(gòu)中汲取靈感，成功開發(fā)了一種柔軟且超強韌的多功能人工肌肉。

在大鼠VML模型中，該人工肌肉被植入后，其出色的彈性和柔軟性使得材料能夠與殘余肌肉一起靈活運動，而不會因為傳統(tǒng)手術(shù)縫合和石膏固定而導致肌肉萎縮或關(guān)節(jié)功能障礙。

該人工肌肉展現(xiàn)出了極高的生物相容性，通過活/死染色和CCK-8細胞活力測試，證實該材料對肌細胞無毒性，且細胞活力與對照組相比沒有顯著差異，表明材料不會對肌細胞造成不良影響。

在與C2C12肌細胞共培養(yǎng)7天后，通過肌鈣蛋白重鏈（MHC）染色顯示，在該人工肌肉上培養(yǎng)的肌細胞形成了沿材料拉伸方向排列的肌管，這表明材料能夠促進肌細胞的生長和分化，有助于肌肉組織的再生。

這項研究成果可用于大體積肌肉缺失（VML）治療和假肢驅(qū)動，為后續(xù)支架材料的發(fā)展和人工肌肉的臨床應(yīng)用提供了一種新方向。