柔若橡胶，硬如钢铁：微型机器人肌肉可举起自重4000倍重物

该肌肉在软化状态下可拉伸至原始长度的12倍。

韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的一项新进展有望推动柔性机器人领域的发展。研究团队成功研制出一种能够转换机械状态的新型人造肌肉——其特性可从柔软灵活变为坚硬强韧，犹如橡胶蜕变为钢铁。它在承受重负荷时会硬化，收缩时则会软化。

突破关键局限

人造肌肉材料备受青睐，因其技术能使机器人和可穿戴设备实现类人的交互性与灵活性。然而，传统柔性人造肌肉往往受限于"灵活性"与"力量生成"之间的权衡，导致材料通常只能在某一方面表现出色：柔性肌肉常缺乏举重能力，而强力肌肉则缺乏执行柔软自适应任务所需的柔韧度，这严重限制了其实际应用的多样性。

打破性能壁垒

由Hoon Eui教授带领的团队通过这种仅重1.25克的新型肌肉成功打破了这一壁垒。该复合肌肉经过设计，可在重载下硬化以保持结构完整性，并在收缩时软化以恢复灵活性。其核心创新在于双重交联聚合物网络：共价化学键提供结构强度，而由热刺激形成/断裂的物理相互作用则赋予卓越柔韧性。此外，材料中嵌入了经表面处理的磁性微颗粒，使得外部磁场能精准控制其运动——这一能力已在磁控举重实验中得到验证。

惊人的负载能力

硬化后的人造肌肉可支撑高达5公斤（约11磅）的重量，相当于其自重的4000倍。在软化状态下，肌肉则能拉伸至原始长度的12倍。Jeong教授表示："这项研究突破了传统人造肌肉'高延展性则弱，高强度则僵硬'的根本局限。我们的复合材料可同时兼具两种特性，为开发多功能柔性机器人、可穿戴设备及直观人机界面开辟了新道路。"

超越人体的性能表现

除强度重量比和灵活性外，该肌肉还具有超常的能量输出性能：其收缩应变率达86.4%，超过人类肌肉应变率的两倍以上；工作密度达1150 kJ/m³，输出能量达人体组织的30倍。研究人员解释："工作密度代表肌肉单位体积可输出的能量，在实现高延展性的同时获得高工作密度一直是长期挑战。"

应用前景广阔

这项突破将推动需要类人交互的应用发展，包括先进义肢、能在复杂环境中灵活行动的柔性机器人，以及可适应用户运动与需求的可穿戴设备。值得注意的是，人造肌肉领域正快速发展——此前麻省理工学院团队曾模仿眼睛虹膜结构开发出能同时进行圆周与向外收缩的人工肌肉，实现复杂多向运动。

本次研究成果已发表于《先进功能材料》期刊。

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