1月29日,，我校智能柔性機(jī)械電子研究院丁建寧教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)達(dá)拉斯分校雷伊·鮑曼院士課題組等國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作,，在新一期國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)雜志上刊文“Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles”，提出了一種新型高性能電化學(xué)驅(qū)動(dòng)人工肌肉,，探索出了人工肌肉全新的驅(qū)動(dòng)機(jī)理,，大大推動(dòng)了纖維人工肌肉的應(yīng)用,。
論文共同第一作者為江蘇大學(xué)胡興好博士，共同通訊作者為江蘇大學(xué)丁建寧教授,，丁建寧教授常州大學(xué)團(tuán)隊(duì)共同參與,。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目的資助。
人工肌肉是依照動(dòng)物骨骼肌功能,，設(shè)計(jì)出的具有高輸出應(yīng)變,、高輸出能量、高輸出功率以及大負(fù)載能力的柔性驅(qū)動(dòng)器,。因其體積小,、運(yùn)動(dòng)自由度高、環(huán)境適應(yīng)性好,，在機(jī)器人,、柔性機(jī)械電子、生物醫(yī)療,、精準(zhǔn)微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景,。
早在2015年，丁建寧團(tuán)隊(duì)與雷伊·鮑曼課題組等國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作,，成功將普通的橡膠復(fù)合碳納米管材料制成超彈性導(dǎo)電體,，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》(Science)雜志( Science 24 July 2015; Vol.349 No.6246 pp.400-404 )，2016年被美國(guó)Discover雜志評(píng)為世界100項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)之一,，世界著名材料學(xué)家圖莎爾?戈什在同期《Science》發(fā)專(zhuān)文評(píng)述：其在仿生柔體機(jī)器人,、可穿戴電子設(shè)備、柔性太陽(yáng)能電池等新能源器件以及傳感器等方面有巨大應(yīng)用前景,。此后,，鮑曼課題組和合作團(tuán)隊(duì)研制了碳納米管纖維電化學(xué)驅(qū)動(dòng)人工肌肉，但該肌肉只能實(shí)現(xiàn)單向驅(qū)動(dòng),。
在前期研究基礎(chǔ)上,，丁建寧團(tuán)隊(duì)與雷伊·鮑曼課題組等國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作深入研究，使用離子交換聚合物改變碳納米管纖維的零電荷電位,，突破了單向驅(qū)動(dòng)瓶頸,，實(shí)現(xiàn)了雙向驅(qū)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整電壓,，人工肌肉不僅能收縮,，還能延長(zhǎng)，做到了“伸縮自如”,，而且驅(qū)動(dòng)應(yīng)變能力提高了4倍,。胡興好解釋說(shuō)，人工肌肉對(duì)外界的輸出功率和轉(zhuǎn)化效率都能得到大幅度提升,，就相當(dāng)于人工肌肉可以輕松舉起自身體重10萬(wàn)倍的重物,。
然而，這種應(yīng)變效應(yīng)究竟來(lái)自哪里,？通過(guò)近三年的研究,，課題組發(fā)現(xiàn)了一種完全不同的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，這種人工肌肉能夠?qū)⒏嗟淖杂伤肿游降嚼w維中,，使得驅(qū)動(dòng)性能進(jìn)一步提升,。
響應(yīng)慢,、驅(qū)動(dòng)小、單向驅(qū)動(dòng)等,，一直是影響電化學(xué)碳納米管纖維人工肌肉應(yīng)用推廣的“卡脖子”難題,。目前，團(tuán)隊(duì)提出的這種新型電化學(xué)人工肌肉可以實(shí)現(xiàn)在一定頻率范圍內(nèi)應(yīng)變隨頻率增加而增大的效應(yīng),。丁建寧認(rèn)為,，“高頻響應(yīng)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用潛力巨大。比如在仿生飛行器中,，這樣的柔性材料就能適應(yīng)飛行器高頻響應(yīng)的需要,。”
在此研究基礎(chǔ)上,，課題組還分別使用陰離子和陽(yáng)離子聚合物,，成功制備全固態(tài)電解液人工肌肉，避免了液態(tài)電解液的使用,，使得人工肌肉的實(shí)用性大大增強(qiáng),。
丁建寧表示，“拓展人工肌肉的工作頻率和工作溫度,，以適應(yīng)更廣泛的柔性機(jī)械電子系統(tǒng)和外骨骼機(jī)器人的應(yīng)用需求,，是課題組未來(lái)的努力方向之一?！?/p>
新型快速驅(qū)動(dòng)電化學(xué)人工肌肉
新型人工肌肉實(shí)現(xiàn)了由單向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向驅(qū)動(dòng)
全固態(tài)電解液人工肌肉編織成智能織物
原文地址：http://www.sciencemag.org/content/371/6528/494（智能柔性機(jī)械電子研究院）
