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1月29日，我校智能柔性機械電子研究院丁建寧教授團隊與美國德克薩斯州立大學達拉斯分校雷伊·鮑曼院士課題組等國際團隊合作,，在新一期國際頂級學術(shù)期刊《科學》(Science)雜志上刊文“Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles”(原文地址：https://science.sciencemag.org/content/371/6528/494）,，提出了一種新型高性能電化學驅(qū)動人工肌肉，探索出了人工肌肉全新的驅(qū)動機理,，大大推動了纖維人工肌肉的應用,。

論文共同第一作者為江蘇大學胡興好博士，共同通訊作者為江蘇大學丁建寧教授,，丁建寧教授常州大學團隊共同參與,。研究工作得到了國家自然科學基金委共融機器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究重大研究計劃培育項目的資助。

人工肌肉是依照動物骨骼肌功能,，設(shè)計出的具有高輸出應變,、高輸出能量、高輸出功率以及大負載能力的柔性驅(qū)動器,。因其體積小,、運動自由度高,、環(huán)境適應性好，在機器人,、柔性機械電子,、生物醫(yī)療、精準微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域都有著廣闊的應用前景,。

早在2015年,，丁建寧團隊與雷伊·鮑曼課題組等國際團隊合作，成功將普通的橡膠復合碳納米管材料制成超彈性導電體,，相關(guān)成果發(fā)表于《科學》(Science)雜志( Science 24 July 2015; Vol.349 No.6246 pp.400-404 ),，2016年被美國Discover雜志評為世界100項重大發(fā)現(xiàn)之一，世界著名材料學家圖莎爾?戈什在同期《Science》發(fā)專文評述：其在仿生柔體機器人,、可穿戴電子設(shè)備,、柔性太陽能電池等新能源器件以及傳感器等方面有巨大應用前景。此后,，鮑曼課題組和合作團隊研制了碳納米管纖維電化學驅(qū)動人工肌肉,，但該肌肉只能實現(xiàn)單向驅(qū)動。

在前期研究基礎(chǔ)上,，丁建寧團隊與雷伊·鮑曼課題組等國際團隊合作深入研究，使用離子交換聚合物改變碳納米管纖維的零電荷電位,，突破了單向驅(qū)動瓶頸,，實現(xiàn)了雙向驅(qū)動。通過調(diào)整電壓,，人工肌肉不僅能收縮,，還能延長，做到了“伸縮自如”,，而且驅(qū)動應變能力提高了4倍,。胡興好解釋說，人工肌肉對外界的輸出功率和轉(zhuǎn)化效率都能得到大幅度提升,，就相當于人工肌肉可以輕松舉起自身體重10萬倍的重物,。

然而，這種應變效應究竟來自哪里,？通過近三年的研究,，課題組發(fā)現(xiàn)了一種完全不同的驅(qū)動機理，這種人工肌肉能夠?qū)⒏嗟淖杂伤肿游降嚼w維中,，使得驅(qū)動性能進一步提升,。

響應慢、驅(qū)動小,、單向驅(qū)動等,，一直是影響電化學碳納米管纖維人工肌肉應用推廣的“卡脖子”難題,。目前，團隊提出的這種新型電化學人工肌肉可以實現(xiàn)在一定頻率范圍內(nèi)應變隨頻率增加而增大的效應,。丁建寧認為,，“高頻響應驅(qū)動器應用潛力巨大。比如在仿生飛行器中,，這樣的柔性材料就能適應飛行器高頻響應的需要,。”

在此研究基礎(chǔ)上,，課題組還分別使用陰離子和陽離子聚合物,，成功制備全固態(tài)電解液人工肌肉，避免了液態(tài)電解液的使用,，使得人工肌肉的實用性大大增強,。

丁建寧表示，“拓展人工肌肉的工作頻率和工作溫度,，以適應更廣泛的柔性機械電子系統(tǒng)和外骨骼機器人的應用需求,，是課題組未來的努力方向之一?！?/span>

（以上內(nèi)容轉(zhuǎn)載自江蘇大學官網(wǎng)）