基于新材料组合的稳定高效的机器人人造肌肉

人造肌肉和执行器

执行器将电能转化为运动或力，在日常生活中发挥着关键作用，尽管经常被忽视。近年来，基于软材料的执行器因其重量轻、操作安静和可生物降解性而受到科学界的关注。制造软致动器的一种直接方法是采用多种材料结构，例如由充满油并涂有导电塑料的柔性塑料薄膜制成的“口袋”。

当受到电激活时，薄膜会移动流体并收缩口袋，类似于生物肌肉。该系统可用于为机器人、可调节光学器件或触觉表面构建人工肌肉。然而，到目前为止，持续的电激活只允许短期的肌肉收缩，这对实际应用造成了重大限制。

来自圣安娜高等学院的研究员Ion Dan Sîrbu曾是特伦托大学的博士生，在贾科莫·莫雷蒂和马尔科·丰塔纳的指导下，在林茨约翰内斯·开普勒大学的一段研究期间开始调查这一现象。

Ion Dan Sîrbu与奥地利研究小组一起开发了一种系统，可以在这些致动器中精确测量力。

Ion Dan Sîrbu解释道：“在我研究常见材料组合的过程中，我还用一种塑料薄膜进行了实验，这是一位博士生David Preninger在研究可生物降解的人造肌肉时使用的。当我们注意到这种材料可以在任意长的时间内保持恒定的力时，我们意识到我们已经取得了重大 发现。”

从那时起，该团队建立了一个理论模型，并进行了深入的材料表征。很明显，使用简单的模型可以准确地描述关键的实验结果。

“我们的模型的美妙之处在于它的简单性，而且它不局限于现有的致动器。我们相信，我们的研究结果将为科学界提供一个简单而强大的工具来设计和研究新系统，”论文的作者之一、约翰内斯·开普勒大学软物质物理系博士生David Preninger说，描述了最近发表在《自然电子》杂志上的研究。

Kaltenbrunner教授补充说:“有趣的是，我们不仅使这项技术更加实用，而且我们的研究使识别材料组合能够将能耗降低数千倍。”

利用已识别的材料组合，科学家们已经成功地开发和操作了各种类型的人造肌肉、可变梯度光学和触觉显示器。

Fontana教授强调:“了解软执行器的基本机制，这项研究建立了软执行器的基本机制，有可能在陆地、海洋和太空探索的辅助设备、自动机器和移动机器人领域取得重大飞跃。所有这些部门都在寻求低成本、高性能的解决方案，这些解决方案还应能够确保低消耗和对环境的影响，以实现可持续发展。”