家里的百葉窗可以根據(jù)環(huán)境變化自動打開和關(guān)閉；衣服可以在冷的時候變厚、熱的時候變薄；義肢的反應(yīng)靈敏度比人體肌肉還快……不要以為這是科幻電影和科幻小說里才會出現(xiàn)的情景，這是科學(xué)家們在“人工肌肉”材料領(lǐng)域研究的目標(biāo)，有些目前甚至已經(jīng)可以實現(xiàn)。

復(fù)旦大學(xué)向澎湃新聞（www.usamodel.cn）透露，該校復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國家重點實驗室、先進(jìn)材料實驗室彭慧勝教授課題組近日通過對碳納米管的多級螺旋組裝，成功制備了一種新型的纖維狀人工肌肉材料，為實現(xiàn)高性能的驅(qū)動和敏感器件及應(yīng)用提出了全新的思路。

應(yīng)用前景：驅(qū)動和智能響應(yīng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛

彭慧勝課題組這次的研究成果就是圍繞新型人工肌肉材料展開的，新的成果在驅(qū)動和智能響應(yīng)領(lǐng)域中有巨大的應(yīng)用前景。

基于這種新型材料優(yōu)異的驅(qū)動性能，通過巧妙的設(shè)計，研究團(tuán)隊將會把這種質(zhì)輕、柔順且導(dǎo)電的人工肌肉材料，更多地利用于實際生產(chǎn)生活中。例如，制成可對不同溶劑蒸汽具有選擇性反響應(yīng)的變形彈簧、發(fā)電機和智能織物等。

彭慧勝教授介紹，這種導(dǎo)電的人工肌肉材料對溶劑響應(yīng)具有很高的靈敏性和選擇性，在工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)品儲存中，可以用來探測毒性溶劑的泄露和預(yù)警。簡單來說，在生產(chǎn)或儲存過程中，有毒溶劑及其蒸氣過量或泄露時，人工肌肉材料與危險溶劑或蒸氣接觸，會自動智能地伸縮或旋轉(zhuǎn)，從而觸動警報或安全閥門的開關(guān)，發(fā)出警報告知工作人員，或是關(guān)閉通道防止危險溶劑及蒸氣進(jìn)一步擴散，減少對人體的危害，將發(fā)生安全事故的可能性降到最低。

下一步，研究團(tuán)隊將繼續(xù)完善這項研究，并已經(jīng)通過對纖維進(jìn)行表面改性，實現(xiàn)對水的收縮和旋轉(zhuǎn)響應(yīng)，并制成可感應(yīng)濕度變化的智能窗簾。想象一下，如果未來我們的家中或辦公室有了這樣的智能窗簾，那將會是怎么樣的體驗？窗簾可以通過感應(yīng)濕度的變化，智能地展開或閉合，可以智能地調(diào)節(jié)展開的幅度大小，從而影響房間內(nèi)的濕度變化。

除此之外，乙醇是當(dāng)今一類已經(jīng)廣泛應(yīng)用的新型生物質(zhì)燃料，該類敏感材料在乙醇浸潤下可產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，其實質(zhì)是表面能與動能的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步在纖維低端連接一個銅線圈并引入磁場，就可以用來產(chǎn)生電能，從而實現(xiàn)生物能-動能-電能的轉(zhuǎn)化

全新突破：響應(yīng)速度更快 運動形式多樣

其實，科學(xué)界對人工肌肉材料的研究很早就開始了，但傳統(tǒng)的人工肌肉材料多是基于功能性的高分子材料，其對溶劑的響應(yīng)速度很慢，運動形式單一，只是簡單的膨脹或彎曲，且不容易控制。這次彭慧勝團(tuán)隊就突破了傳統(tǒng)的材料，使用的碳納米管具有很高的比表面積，且質(zhì)量輕，導(dǎo)電性好，在該領(lǐng)域取得了新的突破。

據(jù)彭慧勝教授介紹，這項研究首先是受植物內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。自然界中，很多植物都會對外界環(huán)境（如濕度的變化）的刺激產(chǎn)生新奇的運動行為，如松果隨濕度變化產(chǎn)生彎曲變形，種芒在潮濕土壤表面發(fā)生卷繞運動，以及絲瓜卷須的螺旋生長等。這些植物運動對植物繁殖生長、自我防衛(wèi)和養(yǎng)料攝取等方面起著至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)部纖維素微纖的螺旋排布是導(dǎo)致上述植物運動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

研究團(tuán)隊以具有高比表面積、優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能取向的碳納米管為基本單元，并對其進(jìn)行多級螺旋構(gòu)筑，在纖維內(nèi)部形成了大量的納米和微米尺度的管道結(jié)構(gòu)，這種多級管道結(jié)構(gòu)可以使溶劑快速高效地濕透到纖維內(nèi)部(圖 3c-h)。其對溶劑的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)的高分子基敏感材料高三個數(shù)量級，并可以同時產(chǎn)生強勁的收縮和旋轉(zhuǎn)運動。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計為制備高性能的智能響應(yīng)材料和器件開辟了一個全新的思路。

當(dāng)具有多級螺旋結(jié)構(gòu)的碳納米管纖維有機溶劑（如乙醇）及其蒸汽接觸，可產(chǎn)生優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)和收縮運動，該類纖維狀人工肌肉還可以產(chǎn)生強勁的收縮響應(yīng)，其收縮強度是人類骨骼肌的10倍，并可以在幾十毫秒內(nèi)完成，遠(yuǎn)高于目前傳統(tǒng)的溶劑敏感材料的響應(yīng)速度，也高于植物界響應(yīng)最快的植物——食蠅草的“捕食”速度。進(jìn)一步研究表明，通過多級螺旋構(gòu)筑，纖維內(nèi)部形成的大量微米級和納米級的螺旋管道對纖維優(yōu)異的旋轉(zhuǎn)和收縮性能具有至關(guān)重要的作用。