人工肌肉纤维的研究进展

王玉莲^1,2，邸江涛^1,2，李清文^1,2

1. 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所2. 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院

摘 要：人工肌肉领域是一个高度跨学科的研究领域,在过去30年中发展迅速。人工肌肉是指一类材料在受到外部刺激如电压、电流、温度、压力、光线、湿度等产生响应,通过自身结构的变化而产生形变的材料,其在软体机器人、假肢、外骨骼及温度调节服等多种应用中具有非常重要的作用。人工肌肉根据其宏观表现形态一般可分为膜状和纤维状。纤维状人工肌肉可将外界刺激导致的体积膨胀通过其螺旋结构转换为纤维径向的转动和轴向的收缩,从而形成旋转驱动和伸缩驱动,其能量转换效率、功率密度以及做功都远高于现有的一些膜状驱动器。另外,纤维状人工肌肉不仅可以完成伸缩、转动等运动,还可通过并股和编织等方式实现更复杂的运动,因其力学性能优异、柔韧性好,且在形式上更接近自然生物肌肉,从而更具优势。人工肌肉纤维还可以以多种不同的形式进行驱动,包括温差驱动、溶剂/气体吸附或渗透驱动、电化学驱动以及气压驱动。近年来,基于柔性纤维状材料的人工肌肉的研究取得了很大的进展。人工高分子纤维（如尼龙线）、人工无机纤维（如碳纳米管纤维、石墨烯纤维等）、天然纤维（如蜘蛛丝、蚕丝等）因具有本征柔性的特征,在人工肌肉纤维的原材料上扮演着重要角色。本文综述了人工肌肉纤维的研究进展,分别对人工肌肉纤维的驱动材料、工作机制、驱动方式、评价参数及智能织物方面进行了总结,并在最后对人工肌肉纤维领域亟待解决的问题进行了分析与讨论。

关键词：人工肌肉;纤维;纱线;驱动器;织物;