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人工肌肉是模拟动物肌肉功能的新型驱动器，多用在软体/柔性机械人，对将来更具人机亲和力的仿生气器人的开辟具有主要意义。在浩繁人造材猜中，液晶弹性体(LCE)具有与自然肌肉类似的可逆线性驱动应变能力。比来的研究注解，当LCE制成纤维时，其较年夜的比概况积使其可以或许实现与自然肌肉近似的超快速驱动。但是，单根纤维没法为现实利用供给足够的气力，多根纤维归并利用时驱动速度会由于比概况积的减小而下降。是以，人工肌肉今朝还未能以现实利用的尺寸实现与动物肌肉相当的快速线性驱动。另外年夜大都基在智能材料(包罗LCE)的人工肌肉的情况顺应性无限，首要利用场景局限在空气情况中，难以像水活泼物的肌肉一样撑持软体机械人的水下活动。即使已有基在介电弹性体的人工肌肉实现了深海驱动，但其线性变形无限，而且遭到粉碎时会快速掉效，工作鲁棒性不足。图1. 仿生绳结人工肌肉的设想和制备　　近日，工学院研究员刘珂的课题组在国际顶尖期刊Advanced Materials杂志上颁发了题为“Knotted Artificial Muscles for Bio-mimetic Actuation under Deepwater”的研究论文。工学院博士研究生陈雯慧为该论文第一作者，刘珂，中国科学院沈阳主动化所副研究员王聪，北年夜材料科学与项目学院传授杨槐为配合通信作者。该论文提出了一种新的人工肌肉布局的设想准绳，操纵液晶弹性体(LCE)制造了具有优胜驱动机能的仿生绳结人工肌肉(图1)。　　受生物肌肉的分级布局的开导，该研究将3D打印制成的LCE纤维合成一股，再与柔性加热丝线编织成非凡的绳结布局，制备成完全的人工肌肉束，以发生可扩大的驱动力。此中，平结的绳结布局为LCE人工肌肉带来了额外的布局缩短，使其揭示出比拟简单并联LCE纤维更快、更年夜的驱动。 如许的平结人工肌肉还具有壮大的情况顺应性，不但能在浅水情况下实现较快的驱动，还能在3000m水深的等效水压下实现1Hz不变轮回驱动。该研究标记着基在LCE的柔性驱动器初次在如斯极真个情况下实现驱动，拓展了LCE人工肌肉的利用情况，为后续研究指引了标的目的。除此以外，如许的仿生绳结人工肌肉在LCE纤维被全数粉碎后还能实现20%的驱动应变，揭示出了优良的毁伤耐受性。仿生绳结人工肌肉的这些怪异劣势，特别是高驱动应变、鲁棒性和深水顺应性，为建立轻量、智能、高顺应性的水下机械人供给了全新的动力源。图2. 仿生绳结人工肌肉驱动和婉机构可用在长途体内手术　　而且，因为如许仿生绳结人工肌肉是受电驱动的，所以也可用在长途操作手术器械。是以，刘珂课题组开辟了受绳结人工肌肉驱动的和婉机构，可用在长途操作体内手术。颠末拓扑优化设想后的和婉机构被含有多根LCE纤维的绳结人工肌肉驱动时，能转化出分歧标的目的的位移/力，在摹拟情况中实现给药、缝合等操作(图2)，而且加载绳结人工肌肉的和婉机构作为全柔性机构不会危险生物内部器官，十分平安，揭示出了在长途体内手术中的壮大顺应性。该研究以“Active compliant mechanisms for optimized actuation by LCE-based artificial muscles”为题颁发在了国际力学范畴权势巨子期刊Mechanics of Materials上。工学院博士研究生陈雯慧为该论文第一作者，工学院硕士研究生王睿成为配合作者，工学院研究员刘珂为通信作者。　　这两项研究获得了“十四五”国度重点研发打算青年科学家项目、国度天然科学基金面上项目，和北京年夜学中心高校根基科研营业费的撑持。