在薄薄的皮膚之下，肌肉是一架神奇的引擎。它幫助我們對(duì)抗地心引力，讓我們能夠走路、蹦跳，甚至爬上陡峭的巖石；它牽動(dòng)眼球使我們能看清東西，它使我們的手能靈巧地操縱極小的物體……人體的每個(gè)動(dòng)作都離不開肌肉，600多塊肌肉協(xié)助我們度過每一天。
　　骨骼肌是運(yùn)動(dòng)的主力核心。其細(xì)胞形狀細(xì)長(zhǎng)，呈纖維狀，成千上萬細(xì)微的纖維集結(jié)成束，形成完整的肌肉系統(tǒng)。動(dòng)物們的動(dòng)作行為雖然千變?nèi)f化，但都是由神經(jīng)系統(tǒng)指揮、骨骼肌肉互相配合完成的。
　　肌肉組織復(fù)雜而有序的微觀運(yùn)動(dòng)，建立在統(tǒng)一排列、信號(hào)控制、收放彎曲等等復(fù)雜過程的基礎(chǔ)之上，成功仿制肌肉組織是多年來科學(xué)家們追求的目標(biāo)。
　　一天到晚游泳的“魚”
　　肌肉的神奇在于，只要借著神經(jīng)沖動(dòng)（微弱的生物電流）就能產(chǎn)生動(dòng)力。它不需要笨重僵硬的馬達(dá)、齒輪、杠桿和液壓系統(tǒng)。與現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)力裝置相比，它體積小、重量輕，柔軟且有彈性，還可以不受水和灰塵的影響。
　　20世紀(jì)80年代，人造肌肉先驅(qū)、美國航空航天局的科學(xué)家約瑟夫·考恩研究出通過電流刺激而自動(dòng)伸縮和彎曲的高分子材料，與肌肉的運(yùn)動(dòng)原理頗為相似。
　　最后，人們將這種對(duì)電流有反應(yīng)的物質(zhì)稱為EAP（Electroactive Polymer），即電活性聚合物。它能夠在外加電場(chǎng)的作用下，通過材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變而伸縮、彎曲、束緊或膨脹。幾年前，還有美國科學(xué)家為了鼓勵(lì)EAP研究，提出過一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)：看誰能做出第一個(gè)以EAP驅(qū)動(dòng)的機(jī)器手臂，在一對(duì)一的情況下扳倒人類參賽者。他們甚至找到了贊助商來提供獎(jiǎng)金。
　　很多國際公司和政府都在進(jìn)行研究，希望將EAP制造的人造肌肉推廣到市場(chǎng)上?！叭嗽祠~”便是其中一例。這種長(zhǎng)6.7厘米、色彩鮮艷的“人造魚”標(biāo)價(jià)100美元，是一種頗有噱頭的玩具，因?yàn)樗鼪]有使用任何馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)器、機(jī)軸、齒輪等機(jī)械裝置，甚至連電池都沒有。這條魚游動(dòng)靠的是來回伸縮的塑料內(nèi)臟，它是用新一代改良的EAP所制作出來的第一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品。據(jù)說這位“游泳健將”的動(dòng)作相當(dāng)柔軟，“耐力”能保持6個(gè)月。
　　碳納米管+石蠟=大力士
　　碳納米管作為一種新概念材料的應(yīng)用，始于20世紀(jì)90年代。2009年，美國得克薩斯州立大學(xué)的雷·鮑弗曼在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，介紹了碳納米管的最新應(yīng)用——人造肌肉，稱其“比鋼鐵更堅(jiān)固，比空氣更輕，比橡膠更具彈性”。這種人造肌肉纖維由“成捆”的碳納米管組成，在電流的刺激下可快速伸縮。鮑弗曼表示，它在單位面積上能夠產(chǎn)生的拉力是人體肌肉的30倍，伸縮速度也要快得多。人體肌肉纖維每秒鐘可收縮10%，而這種人造肌肉則可收縮40000%。當(dāng)被大幅度拉伸之后，它甚至輕的可以在空氣中漂浮起來。
　　鮑弗曼的研究并未止步于此。日前，他與中國科學(xué)家合作研發(fā)出一種新型人造肌肉，其性能再一次大大提高。此次他們使用的是一種有著特殊結(jié)構(gòu)的碳納米管，直徑只有人頭發(fā)的萬分之一，強(qiáng)度卻是鋼鐵的100倍。將石蠟嵌入納米管中，通過直接加熱或電子脈沖使石蠟升溫、膨脹，引起碳納米管的容積增大同時(shí)長(zhǎng)度收縮。此時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)力可以達(dá)到同等體積人類肌肉動(dòng)力的85倍，而所用時(shí)間只有千分之二十五秒。
　　這種快速收縮的功率密度可達(dá)到4.2 kW/kg，是普通內(nèi)燃機(jī)的4倍。這種人造肌肉還能夠高度扭曲，如果按重量比，肌肉絲扭曲和恢復(fù)所產(chǎn)生的扭力甚至略高于大型電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　人造肌肉的潛力
　　鮑弗曼表示，他們面臨的下一個(gè)挑戰(zhàn)是如何按比例放大這項(xiàng)技術(shù)，“舉起50克和舉起50噸不是一個(gè)層面的問題?！钡@一領(lǐng)域的前景無疑是看好的。
　　與人類肌肉外觀、原理都相同的新型義肢，也將為數(shù)以萬計(jì)的肢體殘疾患者帶來福音，其他人造器官也成為可能。但人造肌肉最引人注目的特性，還是在于其仿制生物肌肉所表現(xiàn)出來的超高韌性。柔軟的人造肌肉可編、可縫，甚至可以打結(jié)，用于制造智能自驅(qū)動(dòng)布料再合適不過了。如果用于軍事，將人造肌肉內(nèi)置于士兵的手套、制服和軍靴里，那么士兵將會(huì)個(gè)個(gè)成為“超人”，力舉千斤、飛檐走壁都將易如反掌。人造肌肉也為宇航服的改良提供了思路。研究發(fā)現(xiàn)，宇航員在太空行走中付出的勞動(dòng)只有四分之一與任務(wù)相關(guān)，其余的體力都用于移動(dòng)笨重的航天服。為此，美國科學(xué)家提出在宇航服中鋪設(shè)人造肌肉。加上不同的電壓，這些人造肌肉就出現(xiàn)膨脹或收縮，使宇航服變厚而更加保暖，反之則變薄利于散熱。這樣，新型宇航服將更輕薄貼身，讓航天員在冷熱懸殊的太空條件下舒適地行走和工作。
　　另外，無需馬達(dá)、齒輪等復(fù)雜裝置，體積小、重量輕……這些特性引誘著科學(xué)家積極研發(fā)以人造肌肉為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)器，以取代許多現(xiàn)有機(jī)械動(dòng)力技術(shù)。以汽車產(chǎn)業(yè)為例，一輛汽車通常具備50~100個(gè)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，如果這些驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置可以用人造材料來替換，不僅具有更明顯的耐磨性，同時(shí)也將極大提高功率，由此帶來的收益非?？捎^。
　　通過一系列探索，人造肌肉的功能正在日益強(qiáng)大，不管是在航天技術(shù)領(lǐng)域還是工業(yè)領(lǐng)域，“人造肌肉”的出現(xiàn)及前景都是一項(xiàng)劃時(shí)代的技術(shù)革