带电的凝胶可随电信号而缩小或扩张,它最终可能被用以制成人工肌肉。
Tanaka等发现,给既非液体又非固体的离子化凝胶加上低电压时,其体积可低到原来的1/500。切断电流后,这种凝胶又可恢复其原来的形状。
Tanaka说,“这种与体积变化有关的现象可用于制造开关、摄像传感器的记忆元件和诸如人工肌肉之类的电机械换能器。”
为什么离子化的凝胶能改变形状呢?这是因为在通电时凝胶中的阴、阳离子被吸引到相反的电极上去了。H+吸引力没有定向作用,而阴离子吸引力能牵拉凝胶向着正极移动 · 如果这种拉力超过凝胶的临界水平,则凝胶缩小。温度、溶剂成分或酸度的微小变化也能引起凝胶变形。
学者们发现,凝胶体积的变化主要取决于它的离子化程度,而反应时间则与凝胶的体积大小有关长约1时的圆柱形凝胶在1伏特的电场中即可收缩。充分收缩后,大约过10分钟就可恢复其原来的形状。据此,科学家们认为,细如肌纤维的凝胶能东几毫秒内发生反应,快如正常肌肉一样。
尽管天然肌肉是对钙离子浓度的变化起舒缩反应的,Tanaka认为,体外微计算器发出的毫伏信号可以控制人工肌肉的活动。“肌肉像一个机械化学换能器”Tanaka解释道,“为了制造人工肌肉,我们需要将电能转变为机械能,而这恰恰是凝胶所能胜任的。”
[张坚译自Science Digest,91(3):90,1983年]