在兩項新的研究中,美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員設(shè)計并測試了一系列可以改變形狀并像肌肉一樣產(chǎn)生力量的紡織纖維。
在新一期《執(zhí)行器》期刊上發(fā)表的一項研究中,研究人員重點研究了這種材料對人造肌肉力量和收縮長度的影響。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員為不同的應(yīng)用量身定做纖維。
在發(fā)表于《仿生學(xué)》上的另一項概念驗證研究中,研究人員測試了該纖維作為活細胞支架的情況。研究發(fā)現(xiàn),這種纖維(被稱為纖維機器人)可被用來開發(fā)人體活動系統(tǒng)的3D模型。
研究人員用類似橡膠的材料制成了氣球狀管子,并將其封裝在紡織護套中,從而制造出了可變形的纖維。用氣泵給氣球內(nèi)部充氣會使護套膨脹,導(dǎo)致它變短。他們測量了由不同材料制成的纖維的受力和收縮率,以了解材料和性能之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),更結(jié)實、直徑更大的紗線會產(chǎn)生更強的收縮力,用于制作氣球的材料也會影響收縮的幅度和力度。
研究人員表示,他們可根據(jù)設(shè)備所需的性能來定制材料特性。如果將這種設(shè)備做得足夠小,就有可能將其用于織物成型和其他紡織應(yīng)用,包括可穿戴設(shè)備和輔助設(shè)備。
在一項后續(xù)研究中,研究人員評估了是否可將形狀改變的纖維用作成纖維細胞的支架。成纖維細胞是結(jié)締組織中的一種細胞類型,有助于支持其他組織或器官。
他們研究了細胞對變形纖維運動的反應(yīng),以及對纖維結(jié)構(gòu)中使用的不同材料的反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這些細胞能夠覆蓋甚至穿透纖維機器人的編織鞘。在這項研究的3D動態(tài)培養(yǎng)中,細胞可存活長達72小時。
研究人員表示,纖維機器人非常適合作細胞的支架,其能改變頻率和收縮率,為細胞創(chuàng)造更合適的環(huán)境。研究最終的目標是將這些纖維作為干細胞的支架,或者在未來的研究中使用它們來開發(fā)人造器官。
【總編輯圈點】
新型材料是承載各種高端功能的載體,各領(lǐng)域前沿科技的發(fā)展越來越離不開材料科技的支撐。拿人造肌肉纖維來說,這種材料在柔性電子領(lǐng)域大有用武之地。如果用人造肌肉纖維作為服務(wù)機器人的制造材料,那么機器人將不再那么生硬冰冷,而變得更加“溫柔可親”。不僅如此,將其用于可穿戴領(lǐng)域,消費者也可以享受到更多與人體皮膚更加貼合,使用起來無痕、無感的電子產(chǎn)品。這些,都要感謝材料科技的進步。
(責任編輯:華康)