一种电自感可变刚度人工肌肉。来源:陈柳等，先进智能系统

玛丽女王大学的研究人员设计了一种自我感知、可变刚度的人造肌肉，可以模仿自然肌肉的特征。这一突破对软机器人和医疗应用具有重大意义，向人机集成又迈进了一步。

在7月8日发表在《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，他们开发了一种新型的电动可变刚度人造肌肉，该肌肉具有自我感知能力。这项创新技术有可能彻底改变软机器人和医疗应用。

受自然启发的科技

肌肉收缩硬化不仅是增强力量所必需的，而且还能使生物体快速反应。从大自然中汲取灵感，QMUL工程与材料科学学院的研究人员团队成功地创造了一种人造肌肉，这种肌肉可以在软状态和硬状态之间无缝转换，同时还具有感知力和变形的非凡能力。

玛丽女王学院讲师、首席研究员张克涛博士解释了可变刚度技术在人工类肌肉执行器中的重要性。张博士说:“赋予机器人自我感知能力，尤其是那些由柔性材料制成的机器人，是迈向真正的仿生智能的关键一步。”

新型人工肌肉的特点

研究人员开发的尖端人造肌肉具有与天然肌肉相似的灵活性和可拉伸性，使其成为集成复杂的软机器人系统和适应各种几何形状的理想选择。这种具有条纹结构的柔性致动器能够承受长度方向超过200%的拉伸，具有卓越的耐用性。

通过施加不同的电压，人工肌肉可以快速调节其刚度，实现刚度变化超过30倍的连续调制。与其他类型的人造肌肉相比，它的电压驱动特性在响应速度方面提供了显著的优势。此外，这项新技术可以通过电阻变化来监测其变形，从而消除了对额外传感器布置的需求，简化了控制机制，同时降低了成本。

制造过程

该自传感人工肌肉的制作工艺简单、可靠。利用超声波分散技术将碳纳米管与液态硅混合，并使用涂膜器均匀涂覆，形成薄层阴极，同时作为人造肌肉的传感部分。阳极采用软金属网切割直接制成，驱动层夹在阴极和阳极之间。液体材料固化后，形成完整的自传感变刚度人工肌肉。

潜在的应用

这种柔性变刚度技术的潜在应用是广泛的，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。通过集成自我感知的人造肌肉，可穿戴机器人设备可以监测患者的活动，并通过调节僵硬程度提供阻力，促进康复训练期间肌肉功能的恢复。

人机一体化

“虽然在这些医疗机器人可以在临床环境中部署之前仍有挑战需要解决，但这项研究代表了人机集成的关键一步，”张博士强调说。“它为软性和可穿戴机器人的未来发展提供了蓝图。”

伦敦玛丽女王大学的研究人员进行的这项开创性的研究标志着仿生学领域的一个重要里程碑。他们开发了自我传感的电动人造肌肉，为软机器人技术和医疗应用的进步铺平了道路。

参考文献:刘晨，James J. C. Busfield，张克涛，2023年7月8日，先进智能系统，“电自传感和变刚度人工肌肉”。DOI: 10.1002 / aisy.202300131