在薄薄的皮肤之下，肌肉是一架神奇的引擎。它帮助我们对抗地心引力，让我们能够走路、蹦跳，甚至爬上陡峭的岩石；它牵动眼球使我们能看清东西，它使我们的手能灵巧地操纵极小的物体……人体的每个动作都离不开肌肉，600多块肌肉协助我们度过每一天。

骨骼肌是运动的主力核心。其细胞形状细长，呈纤维状，成千上万细微的纤维集结成束，形成完整的肌肉系统。动物们的动作行为虽然千变万化，但都是由神经系统指挥、骨骼肌肉互相配合完成的。

肌肉组织复杂而有序的微观运动，建立在统一排列、信号控制、收放弯曲等等复杂过程的基础之上，成功仿制肌肉组织是多年来科学家们追求的目标。

一天到晚游泳的“鱼”

肌肉的神奇在于，只要借着神经冲动（微弱的生物电流）就能产生动力。它不需要笨重僵硬的马达、齿轮、杠杆和液压系统。与现有的机械动力装置相比，它体积小、重量轻，柔软且有弹性，还可以不受水和灰尘的影响。

20世纪80年代，人造肌肉先驱、美国航空航天局的科学家约瑟夫·考恩研究出通过电流刺激而自动伸缩和弯曲的高分子材料，与肌肉的运动原理颇为相似。

最后，人们将这种对电流有反应的物质称为EAP（Electroactive Polymer），即电活性聚合物。它能够在外加电场的作用下，通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀。几年前，还有美国科学家为了鼓励EAP研究，提出过一个有趣的挑战：看谁能做出第一个以EAP驱动的机器手臂，在一对一的情况下扳倒人类参赛者。他们甚至找到了赞助商来提供奖金。

很多国际公司和政府都在进行研究，希望将EAP制造的人造肌肉推广到市场上。“人造鱼”便是其中一例。这种长6.7厘米、色彩鲜艳的“人造鱼”标价100美元，是一种颇有噱头的玩具，因为它没有使用任何马达、驱动器、机轴、齿轮等机械装置，甚至连电池都没有。这条鱼游动靠的是来回伸缩的塑料内脏，它是用新一代改良的EAP所制作出来的第一个商业产品。据说这位“游泳健将”的动作相当柔软，“耐力”能保持6个月。

碳纳米管+石蜡=大力士

碳纳米管作为一种新概念材料的应用，始于20世纪90年代。2009年，美国得克萨斯州立大学的雷·鲍弗曼在《科学》杂志上发表文章，介绍了碳纳米管的最新应用——人造肌肉，称其“比钢铁更坚固，比空气更轻，比橡胶更具弹性”。这种人造肌肉纤维由“成捆”的碳纳米管组成，在电流的刺激下可快速伸缩。鲍弗曼表示，它在单位面积上能够产生的拉力是人体肌肉的30倍，伸缩速度也要快得多。人体肌肉纤维每秒钟可收缩10%，而这种人造肌肉则可收缩40000%。当被大幅度拉伸之后，它甚至轻的可以在空气中漂浮起来。

鲍弗曼的研究并未止步于此。日前，他与中国科学家合作研发出一种新型人造肌肉，其性能再一次大大提高。此次他们使用的是一种有着特殊结构的碳纳米管，直径只有人头发的万分之一，强度却是钢铁的100倍。将石蜡嵌入纳米管中，通过直接加热或电子脉冲使石蜡升温、膨胀，引起碳纳米管的容积增大同时长度收缩。此时产生的机械动力可以达到同等体积人类肌肉动力的85倍，而所用时间只有千分之二十五秒。

这种快速收缩的功率密度可达到4.2 kW/kg，是普通内燃机的4倍。这种人造肌肉还能够高度扭曲，如果按重量比，肌肉丝扭曲和恢复所产生的扭力甚至略高于大型电动发动机。

人造肌肉的潜力

鲍弗曼表示，他们面临的下一个挑战是如何按比例放大这项技术，“举起50克和举起50吨不是一个层面的问题。”但这一领域的前景无疑是看好的。

与人类肌肉外观、原理都相同的新型义肢，也将为数以万计的肢体残疾患者带来福音，其他人造器官也成为可能。但人造肌肉最引人注目的特性，还是在于其仿制生物肌肉所表现出来的超高韧性。柔软的人造肌肉可编、可缝，甚至可以打结，用于制造智能自驱动布料再合适不过了。如果用于军事，将人造肌肉内置于士兵的手套、制服和军靴里，那么士兵将会个个成为“超人”，力举千斤、飞檐走壁都将易如反掌。人造肌肉也为宇航服的改良提供了思路。研究发现，宇航员在太空行走中付出的劳动只有四分之一与任务相关，其余的体力都用于移动笨重的航天服。为此，美国科学家提出在宇航服中铺设人造肌肉。加上不同的电压，这些人造肌肉就出现膨胀或收缩，使宇航服变厚而更加保暖，反之则变薄利于散热。这样，新型宇航服将更轻薄贴身，让航天员在冷热悬殊的太空条件下舒适地行走和工作。

另外，无需马达、齿轮等复杂装置，体积小、重量轻……这些特性引诱着科学家积极研发以人造肌肉为基础的驱动器，以取代许多现有机械动力技术。以汽车产业为例，一辆汽车通常具备50~100个驱动传动装置，如果这些驱动传动装置可以用人造材料来替换，不仅具有更明显的耐磨性，同时也将极大提高功率，由此带来的收益非常可观。

通过一系列探索，人造肌肉的功能正在日益强大，不管是在航天技术领域还是工业领域，“人造肌肉”的出现及前景都是一项划时代的技术革命。