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近日，江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授胡興好團(tuán)隊(duì)研制出生物膠帶。這種基于纖維人工肌肉的生物膠帶，貼敷在受傷或者萎縮的人體肌肉上，在外部施加小幅電壓下，膠帶會(huì)自動(dòng)收縮，從而帶動(dòng)肌肉組織的收縮，幫助受傷肌肉組織訓(xùn)練和恢復(fù)。
此前，胡興好提出了一種新型高性能電化學(xué)驅(qū)動(dòng)人工肌肉，探索出了人工肌肉的全新驅(qū)動(dòng)機(jī)理，為人工肌肉的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
一根纖維人工肌肉僅有100多微米，要在外骨骼機(jī)器人等大型場景應(yīng)用，對其能量、功率、材料等要求很高。
“驗(yàn)證人工肌肉電化學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)理，并根據(jù)生物膠帶的特殊要求解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和凝膠材質(zhì)這兩大難題，是推動(dòng)纖維人工肌肉在醫(yī)學(xué)上實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。”胡興好說。
為此，該團(tuán)隊(duì)通過大量的試驗(yàn)，找到了一種材料——聚苯乙烯磺酸鹽。由碳納米管纖維復(fù)合聚苯乙烯磺酸鹽制備出的纖維人工肌肉，其收縮應(yīng)變提升到了5%，其輸出應(yīng)力也提升了近3倍，成為制作生物膠帶的基礎(chǔ)材料。
而要讓纖維人工肌肉在靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生更大的力，除了優(yōu)化材料讓離子數(shù)量進(jìn)入得更多，還要增大每個(gè)進(jìn)入離子的有效體積。其中，電解液的選擇非常關(guān)鍵。
胡興好從汽車電池的有機(jī)電解液中吸取靈感，通過查閱文獻(xiàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，研發(fā)出凝膠電解液。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最終證明，纖維人工肌肉在凝膠電解液下的輸出應(yīng)變也能達(dá)到10%。
胡興好認(rèn)為，生物膠帶還是實(shí)驗(yàn)室作品，透氣性如何、是否會(huì)對皮膚產(chǎn)生影響，還需要進(jìn)一步優(yōu)化，以解決更多生物兼容性的問題。
“基于纖維人工肌肉制作出生物膠帶，只是電化學(xué)人工肌肉的應(yīng)用場景之一。”胡興好表示，今后將進(jìn)一步探索電化學(xué)驅(qū)動(dòng)人工肌肉機(jī)理，在機(jī)理清晰的基礎(chǔ)上廣泛開展纖維人工肌肉的應(yīng)用研究，例如仿生魚、制作用于手部康復(fù)的康復(fù)手套、仿人機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)模塊、外骨骼機(jī)器人等。
