人工肌肉智能材料研究获新突破

记者1日从哈尔滨工业大学获悉，该校冷劲松教授团队联合国内外科研伙伴，在智能材料之一人工肌肉领域取得重大突破，解决了人工肌肉驱动性能的电容依赖性问题，为后续设计具有无毒、低驱动电压、高能量密度的高性能驱动器提供了新的理论基础。1月29日，相关研究成果以“单极冲程、电渗泵碳纳米管纱线肌肉”为题，在线发表于学术期刊《科学》上。

该研究首次发现通过聚电解质功能化的策略，可实现人工肌肉智能材料的“双极”驱动转变为“单极”驱动，同时发现了人工肌肉随电容降低，驱动性能增强的反常现象，这一重要发现和突破为人工肌肉后续应用展示了更广阔的前景。

新型人工肌肉性能更优异、结构更简单、生物相容性更好，未来，如将这一成果应用到仿生飞行器的驱动上，飞行器将更轻盈，将飞得更高、更远、更久；如应用到生物领域，其无毒特性将让医疗机器人具有更好的生物相容性。

目前，新材料正由轻质、多功能化向智能化方向发展。智能材料是指一类可以在外界激励下做出主动响应的新材料。碳纳米管纱线人工肌肉就是一种典型的智能材料，主要通过热、电化学两种方式实现驱动。但热驱动受卡诺循环效率限制，影响其应用潜力。本研究采取电化学方式驱动，能量转换效率更高，克服了传统人工肌肉存在的局限性，使得其不仅可以收缩而且能够伸长，同时提高做功效率与能量密度，克服了驱动性能的电容依赖性问题。

新型人工肌肉具有无毒、驱动频率高、驱动电压低、驱动应变大以及高能量密度等特性，在空间可展开结构、仿生飞行器、可变形飞行器、柔性机器人、可穿戴外骨骼、医疗机器人、柔性电子等领域具有巨大应用潜力。