近日，我校機械工程學院丁建寧教授,、程廣貴教授,、胡興好副教授等在《美國科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上在線發(fā)表研究論文“Fast, variable stiffness-induced braided coiled artificial muscles”,。江蘇大學為第一完成單位,，胡興好副教授為第一作者,，碩士生王翔宇和碩士生王健為共同第一作者,，通訊作者為胡興好副教授,、程廣貴教授、丁建寧教授和德克薩斯大學達拉斯分校雷伊·鮑曼院士,。
近年來,，開發(fā)同時具備響應(yīng)速度快、絕對輸出功大的纖維人工肌肉對其在柔性可穿戴外骨骼等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有重要意義,。加捻卷繞型人工肌肉具有媲美自然肌肉的性能而被廣泛研究,。然而由于加捻纖維的捻度從表面到其中心逐漸遞減，處于中心部分的纖維對人工肌肉驅(qū)動性能的貢獻甚微,，這意味著在纖維中心的輸入能量沒有得到有效利用,。有研究通過鞘-芯結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)來解決響應(yīng)速度和能量效率問題,。然而,，這種中空結(jié)構(gòu)需要較厚的壁厚來避免扭轉(zhuǎn)引起的管塌陷，這增加了肌肉重量,，減少了輸出功,。
為解決上述科學問題，近日,，江蘇大學胡興好副教授等提出編織包覆中空管構(gòu)筑編織卷繞型人工肌肉的新方法,，并提出了變剛度的驅(qū)動理論。具體原理為：在氣壓作用下,，中空管帶動編織管直徑膨脹,，肌肉剛度隨之增加，進而導致肌肉在拉伸負載下收縮，在壓縮負載下伸長,。該肌肉可在低氣壓下實現(xiàn)快速,、大沖程和高頻驅(qū)動。此外,，由于其低成本,、高性能和易于制造，編織卷繞型人工肌肉滿足了當前機器人驅(qū)動應(yīng)用的需求,。最后,，團隊設(shè)計了三種機器人，包括爬行機器人,、行走機器人和攀爬機器人,，展示了其在智能機器人中的應(yīng)用。爬行機器人可以達到22.5cm/s(2.25個身體長度/秒)的速度,；行走機器人可以達到12.5cm/s的速度直線行走,，也可以在14秒內(nèi)以0.1cm-1的曲率轉(zhuǎn)動方向,，同時保持1.1cm/s的最大速度,。
圖1.編織卷繞型人工肌肉的制作流程
圖2. 編織卷繞型人工肌肉的無泵驅(qū)動原理示意圖
圖3 編織卷繞型人工肌肉在機器人上的應(yīng)用
該項工作得到國家自然科學基金、中國博士后基金,、中國科協(xié)青年人才托舉工程和江蘇省優(yōu)秀青年基金等項目的資助,。（機械工程學院）
文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412288121
