碳纳米管纤维：仿生学的重大突破
自工业革命开展以来，内燃机、电动机等重大发明相继涌现，这极大地推动了人类文明的发展。20世纪中期，受到大自然的启发，人们提出仿生学概念并建立仿生学这一学科，开始着手研究新材料和新技术。21世纪以来，人们对机器人领域的研究不断深入，社会的发展逐渐依赖于智能机械系统。作为探究机器人和智能机械系统的关键，人工肌肉成为了仿生领域的研究重点。
仿生人工肌肉纤维在电压、电流、温度、湿度等外部刺激下会产生可逆的收缩、转动等类生物肌肉形变响应，该材料在智能机器人、医学等多方面都可发挥巨大作用。但目前的仿生人工肌肉纤维还存在着许多缺陷。例如，由于结构与电化学离子驱动的匹配性较差，仿生人工肌肉纤维驱动量低，响应速度慢。这些问题主要体现在，纤维的捻角由外到内是逐渐减小的，中间的无捻度纱线起不到驱动效果；纤维的加捻结构过于致密，不利于电解质离子的嵌入和脱出。
中科院苏州纳米所李清文团队一直在进行仿生驱动纤维这项研究，为了解决当前仿生人工肌肉纤维存在的问题，他们提出了一种可行的解决思路：利用高捻度贯穿的碳纳米管（CNT）纤维来提高电化学仿生肌肉纤维的驱动量和响应速率。碳纳米管纤维在高捻度的纱线肌肉中实现了多级孔道结构，不仅能够确保纱线整体可以产生有效的驱动，还促进了离子的嵌入和脱出。碳纳米管纤维使得仿生驱动纤维研究向前迈出了一大步。
2007年，李清文放弃了美国的高薪工作，决定回国为中国碳纳米事业贡献自己的一份力量。她带领着碳纳米技术团队，不断创新改进，研究出许多成果，其中就包括碳纳米管纤维与薄膜技术。李清文团队在研究过程中，也遇到过许多挑战与困难。初期，实验室的设备数量众多且复杂，在日常运行过程中经常会出现设备损坏、卫生不合格等情况。为了解决上述问题，导师们以身作则，凡事亲力亲为，与学生助手一起对实验室进行日常维护。设备搭建完成后，可纺丝碳纳米管阵列的可重复性差成为了项目中的又一道难题。鉴于这种情况，李清文博士与团队集中攻关，夜以继日地进行研究，最终克服难题，取得成功。
李清文团队提出的碳纳米管纤维让仿生肌肉纤维的驱动量和响应速率得到了很大的提高，使得仿生人工肌肉纤维在软体机器人、假肢、外骨骼及温度调节服等方面有了更广泛的应用前景。这对于当下人工智能和医学等领域来说，都是可喜可贺的。碳纳米管纤维这种具有多孔道的高捻度结构设计对于受其他驱动方法所驱动的新型纱线肌肉同样适用。现有的大量研究已经表明，碳纳米管纤维将会在纤维状能源器件、人工肌肉等方面发挥更大作用。
不过，目前的碳纳米管纤维在力、电、热等性能上发挥的效率还不到10%，这大大限制了碳纳米管纤维的工程化应用。这便需要李清文团队以及众多科研工作者付出更多努力，让碳纳米管纤维在众多领域发挥它的价值。
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