米兰官网-人工肌肉也能“弹性”十足？他们揭秘弹性驱动新机制—新闻—科学网

“想象一下，咱们既能用手指捏起一粒芝麻，也能提起一桶水。不管外力巨细怎样变化，肌肉都能恢复到本来的长度，为下一个动作做好预备。”中国科学院姑苏纳米技能与纳米仿生研究所（如下简称姑苏纳米所）研究员邸江涛说，这就是骨骼肌的弹性驱动特性。

然而，模拟哺乳动物骨骼肌设计的人工肌肉却其实不具有此类弹性驱念头制，一旦用较鼎力大举度挤压拉扯，就像一根生锈的弹簧，呈现没法恢复的不成逆形变，极年夜限定了人工肌肉纤维驱动器的驱动精度、反复性及实用性。

针对于这个问题，邸江涛团队设计了一种尼龙纱线@聚二甲基硅氧烷（nylon@PDMS）弹性人工肌肉纤维，具备及生物肌肉近似的弹性驱动机能，并基在传统贸易化质料开发，为贸易化成长奠基优良基础。近日，相干研究发表在《物资》。

审稿人作出高度评价，该研究为对于高耐用性及顺应性有需求的呆板人技能和可穿着技能范畴提供主要进展与参考。

人工肌肉“弹力”进级

人工肌肉是模拟哺乳动物骨骼肌设计的一种柔性驱动器，具有高输出应变、高输出能量、高输出功率及年夜负载能力等特色，体积小巧、运动矫捷，于柔性呆板人、柔性飞行器、生物医疗等范畴有广漠运用远景。

“然而，今朝以碳纳米管、尼龙、液晶弹性体、镍钛合金丝等质料为主的人工肌肉纤维，于变负载驱动历程中存于塑性伸长征象，特别是于较重负载的状况。”邸江涛告诉《中国科学报》，于实际事情场景中，人工肌肉内部应力的巨细及标的目的受外部载荷的变化而不停转变，没法作出切确反映，一旦受力跨越蒙受规模，更没法像生物肌肉般恢回复复兴状，严峻限定了人工肌肉纤维的现实运用。

怎样让人工肌肉纤维也能有弹性驱动特征，成为了摆于无数科学家眼前的难题。

邸江涛团队想了个新要领。既然受驱动质料及布局的限定，先前人工肌肉纤维存于塑性蔓延征象，那末于外面披上一层有弹性的“外套”呢？

是以，邸江涛团队测验考试于平凡尼龙纱线外貌裹上一层聚二甲基硅氧烷（PDMS），这是一种常见的有机硅化合物，透明、弹性好，且化学性子不变。

于持续变负载驱动测试中，他们发明，颠末芯轴环绕纠缠要领制备的尼龙纱线@聚二甲基硅氧烷人工肌肉纤维体现出优良的弹性驱动举动，于外力状况下可以彻底拉直，开释外力后又会自卷曲，回归初始的螺旋状况。于持续变负载驱动测试中，慢慢增长不异的负载，再慢慢减小不异的负载，纤维长度及紧缩量险些稳定，及生物肌肉同样具备精彩的弹性及恢复能力。

一个不测发明

这种新型弹性驱动的人工肌肉纤维，降生在一次不测发明。

“咱们原本想进一步晋升感知—驱动一体化人工肌肉纤维的驱动机能，却于试验中不测发明，这类弹性驱动的人工肌肉纤维具备类生物肌肉的弹性驱动举动。”论文第一作者、姑苏纳米所博士后董立忠言诉记者，“咱们感觉这类具备弹性驱动举动的人工肌肉纤维可以于呆板人上做一些事情，在是最先了于飞行器舵机上的测验考试。”

邸江涛先容，原本是想按照飞行节制体系的要求，使用人工肌肉纤维的伸缩调解飞行器舵面的位置，以实现飞行器转向。但通例人工肌肉纤维于变负载历程中会发生塑性伸长，影响弹性机能，没法永劫间连结不变，基在其制备的拮抗布局舵机可控性较差。

“咱们想起了此前试验中的“不测”，弹性驱动举动的人工肌肉纤维正好可以解决这一难题。”团队决议于飞行器上试一试。

不外，新的难题又摆于他们眼前。要让这种具备弹性驱动的人工肌肉纤维布局越发不变，必需要颠末200℃高温退火的磨练。然而，永劫间加热该质料会粉碎其外貌静电纺丝纳米纤维布局，影响感知功效。

如何让弹性驱动的人工肌肉纤维“不怕火炼”？团队测验考试了各类要领，但都以掉败了结。

他们决议换个思绪，先把人工肌肉纤维举行高温退火，于外力作用下将其拉直定型，再于外貌举行静电纺丝，相称在于其外层匀称地“织”上一层纳米纤维。以后，开释外力，弹性驱感人工肌肉纤维会恢回复复兴本的螺旋状况，且其外貌静电纺丝纳米纤维布局也无缺无损。

“这为螺旋纤维的外貌功效优化设计提供了一种通用计谋。”邸江涛告诉记者，人工肌肉纤维于年夜在50%紧缩量的前提下实现了感知功效集成。

运用远景广漠

“弹性驱感人工肌肉纤维基在传统贸易化质料开发，具备优良的市场化远景。”邸江涛先容。

基在弹性驱感人工肌肉纤维，团队不仅开发了人工肌肉纤维拮抗驱动舵机，还有有一种可自立调治压力的智能压力带，具有自动节律性加压及及时压力监测功效，自动施加的最年夜压力可以到达3牛，短期事情温度靠近38℃，连续事情温度低在人体低温烫伤极限值的42℃。

“然而，年夜范围贸易化运用对于人工肌肉纤维持续制备装备的开发提出了更高要求。”邸江涛暗示，跟着人形呆板人的快速成长，这种人工肌肉纤维有望于人形呆板人、手术呆板人、可穿着辅助医疗等范畴率先实现落地运用，“今朝咱们团队也正于及相干企业一路互助，鞭策该类人工肌肉纤维的批量化制备及推广运用。”

此外，于走向年夜范围贸易化运用历程中，还有需要成立完整的驱动数据库，体系记载弹性驱动的人工肌肉纤维于差别前提下的机能体现，为差别运用场景提供切确的节制参数，晋升现实操作的精准度。

然而，于邸江涛眼中，当前技能还有存于诸多不足，“电热驱动的人工肌肉纤维存于热效应，致使于某些利用场景中呈现热毁伤影响。”他先容称，电热驱动的人工肌肉纤维于事情时，因为质料的散热速率较慢，相应速率也响应降低，这也限定了人工肌肉纤维于部门高频情况中的运用。

“布局与功效相适配是遍及纪律。”邸江涛告诉记者，从运用需求角度三木SEO-出发，开发适配性优良的人工肌肉纤维驱动器技能，成为了团队下一步研究的重点。

相干论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102281

?

感知-驱动一体化弹性人工肌肉纤维事情历程。受访者供图