“我們一開始的目的是要開發(fā)出一種微結(jié)構(gòu)以增加人造肌肉的驅(qū)動(dòng)變形（即在電壓的驅(qū)動(dòng)下人造肌肉彎曲伸展的程度），”課題組的帶頭人 Wen-Pin Shih說。“有一天，我們發(fā)現(xiàn)洋蔥細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和尺寸和我們一直在研發(fā)的微結(jié)構(gòu)十分類似。”Shih和研究生Chien-Chun Chen以及同事共同開展了此項(xiàng)研究。

洋蔥的表皮，也就是體表下薄脆，輕薄，半透明的那層膜，是由短而結(jié)實(shí)的細(xì)胞緊致地排列在晶格中形成。Shih和他的同事認(rèn)為洋蔥的表皮細(xì)胞有望用來制作更為靈活的人造肌肉，完成一些復(fù)雜有難度的動(dòng)作，如在彎曲的同時(shí)可以伸展或者收縮。Shih說，目前的人造肌肉只能彎曲或者伸縮，兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行。

在實(shí)驗(yàn)中，研究者們先用酸液去除洋蔥細(xì)胞的半纖維素，一種增加細(xì)胞壁硬度的蛋白質(zhì)，之后在洋蔥表皮的兩面鍍金作為電極。當(dāng)電流通過金電極時(shí)，洋蔥細(xì)胞可以如肌肉般彎曲伸展。

“我們有意讓兩面鍍金電極厚度不同，這樣兩面的細(xì)胞硬度就不對(duì)稱，”Shih說。這種不對(duì)稱性使得研究者們能夠控制肌肉的反應(yīng)：當(dāng)加入低電壓時(shí)，洋蔥肌肉會(huì)向下伸展，朝鍍層厚的一面彎曲。反之，當(dāng)加入高電壓時(shí)，洋蔥肌肉會(huì)向上收縮，且朝鍍層薄的一面彎曲。

“我們發(fā)現(xiàn)單層晶格結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)模式，這是以往的人造肌肉從未有達(dá)到過的，”Shih說。

為了證實(shí)人造肌肉可用來制造實(shí)用的工具，研究者們用兩片洋蔥肌肉制作了鑷子，并用它成功夾起了棉球。研究者們表示將來希望進(jìn)一步提高人造肌肉的提升力。“我們下一步的計(jì)劃是降低洋蔥肌肉的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)力。

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