据外媒报道，瑞士联邦材料科学与技术研究院（Empa）的研究人员致力于制造能够与真实肌肉媲美的人造肌肉，并已开发出新方法，可利用3D打印技术生产柔软、有弹性且强韧的肌肉结构。未来，这些肌肉可能会应用于医学或机器人领域，以及其他任何需要一键启动的场景。这项研究已发表在期刊《Advanced Materials Technologies》上。

图片来源：Empa

人造肌肉不仅能让机器人动起来，未来，它们还能在人类工作或行走时提供支持，或替代受损的肌肉组织。然而，开发能够与真实肌肉媲美的人造肌肉面临着重大的技术挑战。

为了与生物肌肉相媲美，人造肌肉不仅要有力量，还必须具备弹性和柔软性。人造肌肉的核心是所谓的致动器：一种将电脉冲转换为运动的组件。无论是在家中、汽车发动机中还是在高度发达的工业厂房中，任何需要一键启动的场景都会用到致动器。然而，这些硬质的机械部件与肌肉的相似性还远远不够。

介电弹性体致动器（DEA）由两种不同的硅基材料组成：导电的电极材料和不导电的介电材料。这两种材料以层状结构相互嵌合。Empa研究员Patrick Danner解释道：“这有点像手指交错。当电极通电时，致动器会像肌肉一样收缩；断电时，它又会恢复到原来的位置。”

Danner深知，要3D打印这种结构并非易事。尽管两种软质材料的电学性能截然不同，但它们在打印过程中必须表现出相似的特性，既要避免混合，又要紧密结合在一起，形成完整的致动器。

打印出来的“肌肉”必须足够柔软，以便电刺激能引起所需的形变。此外，所有用于3D打印的材料还必须满足以下要求：它们必须在压力下液化，以便从打印机喷嘴中挤出；但随后又必须具有足够的粘性，以保持打印后的形状。Danner表示：“这些特性往往相互矛盾。如果你优化其中一项，其他几项通常会受到影响，甚至变得更糟。”

从VR手套到跳动的心脏

通过与苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员合作，Danner和功能高分子材料研究小组的负责人Dorina Opris成功解决了许多相互矛盾的特性问题。研究人员利用Empa开发的两种特殊墨水，结合ETH研究员Tazio Pleij和Jan Vermant开发的喷嘴，成功打印出了功能性软致动器。

该项目的目标是开发一种能让虚拟世界变得触手可及的手套。这种人工肌肉可以通过阻力模拟抓取物体的动作。然而，软致动器的潜在应用远不止于此。它们轻便、无噪音，并且得益于新的3D打印工艺，可以按需成型。它们可以替代汽车、机械和机器人中的传统致动器。如果进一步开发，它们还有望应用于医疗领域。