人造肌肉登顶刊：模拟 DNA 超螺旋，机器人机械驱动器更高效率

昨日，国际性学术研究顶刊《科学》集团旗下子刊《科学・机器人学》发表的文章内容提及，澳洲卧龙岗大学（UOW）科学家在 DNA 超螺旋的启迪下开发设计了一种新式人造肌肉，用以微型机器人运用。

小型人造肌肉能够 用于生产制造优秀的义肢和智能穿戴设备，协助负伤或身体残废的人行動。除此之外，还可以用以微创手术工具和工业生产小型机械臂。

毕业论文题目为《受 DNA 超螺旋启迪的双高行程安排和高专业能力人造肌肉（Dual high-stroke and high–work capacity artificial muscles inspired by DNA supercoiling）》。

毕业论文连接：

https://robotics.sciencemag.org/content/6/53/eabf4788 

一、上百万规律性健身运动，为微型机器人出示强劲机械能

微型机器人的关键技术性挑戰取决于怎样在中小型机器设备上造成强劲的健身运动和能量，而人造肌肉能够 处理这一难题。

科学研究的关键创作者、UOW 加拿大自主创新原材料研究室的杰弗里・斯宾克斯（Geoffrey Spinks）专家教授讲到：“应用仿真模拟肌肉的驱动器原材料为微型机器人出示驱动力很有诱惑力，但他们太繁杂了，没法随便变小规格。因而，大家希望人造肌肉来为智能机器人出示优良的机械设备驱动器。”

斯平克斯专家教授详细介绍道，人造肌肉适用大幅姿势且便于还原，机械设备工作中高效率，能够 不断数百万个周期时间，特别适合小型设备。

二、设计灵感来源于 DNA，超螺旋收缩自如

新式人造肌肉的设计灵感来源于 DNA。

斯宾克斯专家教授说：“大家的新式人造肌肉恰好是效仿 DNA 分子结构收缩到细胞质里时的方法。”

DNA 是最硬实和最多的纯天然高聚物之一，若想进到μm尺寸的细胞质里时，公分尺寸的 DNA 务必收拢 1000 倍之上，根据超螺旋全过程减少容积。

▲DNA 设计效果图

“大家可以根据澎涨歪曲的化学纤维来生产制造相近 DNA 一样的盘绕。当化学纤维尾端因转动而阻塞时，便会产生超螺旋。超螺旋下，人力全身肌肉造成了很多机械动能。”

▲聚丙烯酸化学纤维超螺旋全过程

科学研究工作组根据模型对化学纤维开展了提升，变小了化学纤维的规格以降低其响应速度，进而最大限度地提升速度和动能輸出。

随后，她们取得成功地将这种新全身肌肉用以很有可能的运用，包含小型剪子和小型医用镊子。

▲聚脂 – 丙烯酸树脂复合纤维中螺旋式产生超螺旋的全过程

三、反应速率提高后，人造肌肉应用领域更丰富

任职于悉尼大学共同编撰的者之一西纳・纳菲奇（Sina Naficy）博士研究生说：“效仿大自然中的个人行为是十分有意思的。大家早已掌握到，产生化学纤维高分子材料的化学纤维盘绕成螺旋式出示了一个便捷的方法来储存和释放出来机械动能。大自然中有很多那样的螺旋式一氧化氮合酶，从 DNA 分子结构到绿色植物卷须。这种系统软件为将来的发展趋势出示了令人激动的市场前景。”

这篇科学研究毕业论文的另一位共同编撰的者、UOW 工程项目与信息内容科学学校的贾瓦德・福洛伊（Javad Foroughi）博士研究生说：“新人造肌肉的功效非常迟缓，限定了它的应用领域，因而大家下一个总体目标是加速反应速率。”科学研究精英团队已应用凝胶剂来促进超螺旋的容积转变。

▲聚脂 – 丙烯酸树脂复合纤维中螺旋式消除超螺旋的全过程

斯宾克斯专家教授说：“大家的确坚信，生产制造直徑更小的化学纤维能够 提高速度，但现阶段，这类运用仅限这些必须比较慢回应的化学纤维。”“开发设计迅速的超螺旋全身肌肉将开拓进一步的主要用途。大家期待别人将探寻不一样的方式来造成容积转变，比如根据电加热器造成 迅速的回应。”

总结：新式人造肌肉应用领域更加普遍

DNA 超螺旋启迪下的人造肌肉具备高弹力，个人行为十分贴近真真正正的肌肉纤维，不但对医药学具备积极意义，并且对自动化技术的发展趋势也尤为重要。

伴随着独特聚合体原材料和智能材料的持续产品研发，人造肌肉的伸缩式、弯折、晃动、收拢等情况将更加灵便，在医药学、机器人学等行业充分发挥更高效率。