研究人员创造可以同时弯曲、收缩或延长的人造肌肉，通过把洋葱表皮细胞夹在不同厚度的金电极层之间。（图片来源: 国立台湾大学Shih和他的同事们）

近年来，科学家们已经在人造肌肉的发展方面取得了很大进步。但是微型驱动器到目前为止都没有能够同时弯曲和收缩或伸长。国立台湾大学(NTU)工程师Pei-Zen Chang和Wen-Pin Shih领导的研究小组现在已经利用不太可能的材料-洋葱表皮细胞，创造了这样的人造肌肉。研究结果最近刊登在《应用物理快报》，研究人员说，这种便宜且环保的人造肌肉将来可能有很多潜在的应用，包括在生物医学和机器人技术。
   “研究工作的创新在于第一次使用低廉的洋葱来制造人造肌肉，” 澳大利亚卧龙岗大学人造肌肉的研究员Geoffrey Spinks说，他并没有参与研究。“在许多工程领域，自然是一个非常有用的灵感来源，在这里我们看到当细胞结构暴露于高电场，洋葱可以生成不同寻常的变形。”
    研究人员利用各种各样的材料创造可以弯曲或收缩延长的微型制动器，包括碳纳米管、电限制聚合物，和离子高分子金属复合材料等。2012年，使用工艺涉及到聚合物的微加工，国立台湾大学的研究人员创造了一个能够弯曲的弹性体致动器，但是这个设备也无法同时弯曲，收缩或伸长。“然后有一天我们发现，在做的晶格结构与洋葱细胞完全类似” Shih说，他是2012年和目前研究的通讯作者。Shih和他的同事想起了他们早期实验中的洋葱细胞结构，并决定尝试使用这种细胞做人工肌肉，他说。

团队开始利用洋葱制造人造肌肉，首先利用镊子提取出他们需要的细胞，他们去掉隐藏在洋葱外壳下面的薄片状表皮层。细胞的内部充满了水，如果随着时间的推移，允许自发蒸发脱水，可能会导致起皱、破裂，细胞壁内孔洞。为了避免会影响制动器的变形和驱动电极的问题，研究人员通过24小时冷冻干燥使表皮层迅速把水排除。虽然细胞的结构完好无损，干燥过程造成细胞的纤维素和半纤维素纤维纠缠在一起，使细胞变硬变脆。团队通过半纤维素硫酸处理，使细胞重新变得有弹性。

 “在这之后，我们不得不再一次干燥细胞，”施说。”然后我们把金层沉积在这些细胞的顶部和底部。“重要的是，金层厚度对每一侧都是不同的(顶部约24nm和底部50 nm)，这允许层间的不同弯曲厚度，更突出的弯曲动作。他们把镀金洋葱细胞层切成25毫米×5毫米的长方形，长边的表皮细胞垂直于电极的长度。这种安排允许更大的变形，Shih说。

应用1000 V以内的电压可使人造肌肉同时弯曲和收缩或伸长，静电力使洋葱细胞变形。研究者可以通过应用不同的电压改变制动器弯曲的方式。0-50 V的电压引起的致动器伸长和向下弯曲，而50-1000 V的电压引起收缩和向上弯曲。人造肌肉也很可靠，能够在1000 V持续驱动至少6个小时。现展示一个实际应用，团队把两片洋葱人造肌肉做成镊子，抓起一个重0.1毫克的小棉花球。

尽管人造肌肉是独一无二的，它们的性能有很多不尽如人意的地方，Spinks说。“具有更好操作的压电聚合物和陶瓷弯曲制动器是市场上可买到的”他说。然而，他补充说，“有相当大的空间来提高人造肌肉的性能，这项工作有助于通过努力，来展示致动器中内部细胞如何操纵肌肉输出。”
    Shih指出，人造肌肉存在的一个问题是，驱动电压过高，这可能很难把类似智能机器人的电路集成到上面。团队正试图更好地了解洋葱细胞壁的结构，希望想出方法来降低电压和驱动力量，这将让设备有更多的应用。“如果我们能更好地理解这种材料，我们也许可以降低驱动电压，” Shih说。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby    校正：摩天轮