人工肌肉力量強大，為啥還不用到機器人身上？

最近，科學家研製出了一種新型人工肌肉，這種柔韌的機械肌肉已經於人類的肌肉拉力接近，甚至可以對自身的某些損傷做出「自我修復」。

人工肌肉，通常是一些利用電能來驅動材料結構舒張，以達到對外輸出做功的新型動力裝置，其本質上是在模擬人和動物身上的肌肉結構。相對於傳統的電動機，人工肌肉成本低、清潔、安裝方便，並且具備很高的柔韌性，可以更靈活的應用於仿生、理療、虛擬現實等領域。

現在，科羅拉多大學博爾德分校的研究人員開發了一款新型人工肌肉：液壓放大自愈式靜電致動器，簡稱HASEL。

這種動力裝置和工業上常用的液壓傳動裝置有類似的地方，但是它並不是簡單的力學傳導裝置，而是利用電流讓囊狀材料中的油體產生收縮形變，讓其直接產生拉力。當電流被切斷時，這些油體會自動「放鬆」從而讓這些囊狀材料伸展開來，就像是一條真正的肌肉一樣。

這類新型的人工肌肉技術普遍成本低廉，功率-質量比極高。

比如，在2017年9月，哈佛大學與麻省理工的研究人員受到摺紙的啟發，聯合開發出一款人工肌肉。它可以利用電流來控制水和空氣驅動摺疊好的材料，可以用它舉起相當於自身重量1000倍的重量。研究人員稱，這種裝置已經比同樣橫截面積的哺乳動物骨骼肌產生的力量大六倍。僅2.6克的人工肌肉就可以舉起3公斤的物體——相當於一只鴨子舉起了一輛汽車。而一塊這樣的肌肉，成本僅為幾美分。

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不過，既然人工肌肉已經如此強大，為何用人造肌肉驅動的機器人還很少呢？

其實人工肌肉的概念並不新鮮，它的研製可以追溯到20世紀40年代，只是僅幾年才取得來較為實用的成果。因而用到真正的機器人身上，目前還有一些困難。

一方面，是這種裝置的控制速度與精度問題：人的雙手不止可以牢牢提起幾十公斤的重物，也能很小心的拿起一個雞蛋，還能夠飛速的穿針引線。但是，人工肌肉的相應速度普遍還比較慢，難以做出快速的動作，並且，其控制精度也是一個比較難解決的問題——對於柔韌性材料施加同樣的驅動力，可能造成的形變會在一定範圍內變化，難以精確控制。

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另一方面，是這種裝置的耐久度問題：人體肌肉可以工作數十年，可靠的拉伸上億次，但是人造的柔韌材料可就很難有這樣強大的表現了。其老化速度較快，就意味著可能這種機器人的維護成本可能較高，需要經常檢修。

還有就是，目前有不少人工肌肉的功耗還很高，即耗電量很大：人體肌肉中利用ATP中的化學能，轉化效率高達40%，與目前效率最高的內燃機持平。但是，多餘的能量也不是直接浪費，而是用於維持體溫。所以總的來看，人體肌肉對能量的利用率極高，而人工肌肉就只能望其項背了。

總之，人工肌肉是個很有發展前景的研究方向，但還有不少挑戰等待科學家和工程師們去克服。

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