人造肌肉可能会驱动未来的机器，而它们所需的唯一动力就是蒸发的水。哥伦比亚大学的研究人员已经制造出能够随着湿度变化而膨胀和收缩的人造肌肉，并且在实验室中，它们已经能够为 LED 供电并驱动微型汽车。
蒸发的能量
“尽管在生物世界中有无数此类适应的例子，但工程系统很少（甚至从不）将蒸发作为能源，”首席作者 Xi Chen 和他的同事在一篇发表在《自然·通讯》杂志上的论文中写道。当然，这其中是有原因的：蒸发会在非常小的尺度上产生压力变化，但它产生的力通常很难放大。但是 Chen 和他的同事找到了一个绕过规则的方法。他们将一层细菌孢子附着在薄塑料胶带上。枯草芽孢杆菌的孢子在暴露于湿度时会膨胀，在干燥时会收缩。这是因为孢子在非常小的纳米级空间内储存水分，因此蒸发会在这些微小空间内引起巨大的压力变化。
当数千个孢子分层粘贴在胶带条上时，它们会一起膨胀和收缩，它们的组合力足以使胶带表面交替伸直和卷曲。Chen 和他的同事称它们为“吸湿驱动人造肌肉”，简称 HYDRAs。
发电
这项微小的突破在实验室中推动了一系列创新。他们通过将孢子条粘贴在长胶带条的交替两侧来创建“肌肉”，这样当孢子收缩时，胶带会收拢而不是卷曲。几根这样的条带组合起来可以收缩产生足够的力来提起 0.2 磅到 0.7 磅的小重物——这相当于它们自身重量的五十倍。他们还创造了一个发电机，将 HYDRA 条带水平地拉伸在一个覆盖有百叶窗的小容器上方。随着湿度的升高，HYDRAs 膨胀并推动一个梁打开百叶窗。现在水蒸气可以通过打开的百叶窗逸出，因此湿度降低，HYDRAs 收缩，拉动梁关闭百叶窗，从而开始循环。该引擎产生了平均 1.8 微瓦的功率——足以驱动一对 LED 灯。
组装湿气磨的旋转部分。致谢：Joe Turner Lin
微型汽车
最后，研究人员玩得很开心。他们将短的 HYDRA 条带围绕两个同心环排列，有点像摩天轮上的汽车，然后将四个或五个这样的轮子安装在一个轴上。然后，他们将整个装置的一半放入一个有纸质墙壁的封闭空间内。当纸被弄湿时，轮子的一半会暴露在潮湿的空气中，HYDRAs 就会膨胀；另一半是干燥的，HYDRAs 就会收缩。其想法是，当离纸墙最远的 HYDRAs 变干并收缩时，它们的运动会转移整个轮子的质心，产生扭矩并导致轮子旋转。为了增加转移的质量，研究人员在 HYDRAs 的末端连接了小的丙烯酸块。它奏效了，并且封闭空间内的湿度越高，轮子转动得越快。但是，一个由蒸发驱动的微型摩天轮不足以满足 Chen 和他的团队。他们将引擎安装在一个带有两对轮子的框架上，并使用皮带将旋转引擎连接到前轮。随着水从纸上蒸发，引擎转动并驱动这辆重约四分之一磅的小车前进。
下一步是什么？
工程师们表示，HYDRAs 可以有许多其他应用，包括机器人的人造肌肉。而且，由于蒸发源在自然界中很容易找到，并且制造 HYDRAs 所需的材料相对便宜，他们建议 HYDRA 引擎可以用于在偏远地区提供电力。显然，这还需要一些时间。但是由孢子制成的人造肌肉可能足以应对这一挑战——只需加一点水。
