研究人员开发出自感应电动人造肌肉

在最近发表在《高级智能系统》上的一项研究中，伦敦玛丽女王大学的研究人员在仿生学领域取得了重大进展，开发出了一种具有自我感知能力的新型电动可变刚度人造肌肉。这项创新技术有可能彻底改变软机器人和医疗应用。

肌肉收缩硬化不仅对于增强力量至关重要，而且还可以实现生物体的快速反应。QMUL 工程与材料科学学院的研究团队从大自然中汲取灵感，成功创造了一种人造肌肉，可以在软态和硬态之间无缝过渡，同时还具有感知力和变形的卓越能力。

玛丽女王大学讲师兼首席研究员张克涛博士解释了可变刚度技术在人造肌肉类执行器中的重要性。“赋予机器人，特别是那些由柔性材料制成的机器人，具有自我感知能力，是迈向真正仿生智能的关键一步，”张博士说。

研究人员开发的尖端人造肌肉表现出类似于天然肌肉的灵活性和拉伸性，使其非常适合集成到复杂的软机器人系统中并适应各种几何形状。这种具有条纹结构的柔性执行器能够沿长度方向承受超过 200% 的拉伸，表现出卓越的耐用性。

通过施加不同的电压，人造肌肉可以快速调节其刚度，实现连续调节，刚度变化超过30倍。与其他类型的人造肌肉相比，其电压驱动特性在响应速度方面具有显着优势。此外，这项新技术可以通过电阻变化来监测其变形，从而无需额外的传感器布置并简化控制机制，同时降低成本。

这种自感知人造肌肉的制造过程简单可靠。利用超声波分散技术将碳纳米管与液体硅胶混合，并使用涂膜器均匀涂覆，形成薄层阴极，该阴极也可用作人造肌肉的传感部分。阳极直接使用软金属网切割制成，致动层夹在阴极和阳极之间。液体材料固化后，就形成了完整的自感知变刚度人工肌肉。

这种柔性可变刚度技术的潜在应用非常广泛，从软机器人到医疗应用。与人体的无缝集成为帮助残疾人或患者执行基本的日常任务提供了可能性。通过集成自感知人造肌肉，可穿戴机器人设备可以监测患者的活动，并通过调整硬度水平提供阻力，促进康复训练期间 肌肉功能的恢复。

张博士强调说：“虽然在将这些医疗机器人部署到临床环境之前仍然存在一些挑战需要解决，但这项研究代表了人机集成的关键一步。” “它为软体可穿戴机器人的未来发展提供了蓝图。”

伦敦玛丽女王大学研究人员进行的这项研究标志着仿生学领域的一个重要里程碑。随着自感知电动人造肌肉的开发，他们为软机器人和医疗应用的进步铺平了道路。