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1月29日，我校智能柔性機(jī)械電子研究院丁建寧教授團(tuán)隊與美國德克薩斯州立大學(xué)達(dá)拉斯分校雷伊·鮑曼院士課題組等國際團(tuán)隊合作，在新一期國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(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(xué)驅(qū)動人工肌肉，探索出了人工肌肉全新的驅(qū)動機(jī)理，大大推動了纖維人工肌肉的應(yīng)用。

論文共同第一作者為江蘇大學(xué)胡興好博士，共同通訊作者為江蘇大學(xué)丁建寧教授，丁建寧教授常州大學(xué)團(tuán)隊共同參與。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委共融機(jī)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(yīng)變、高輸出能量、高輸出功率以及大負(fù)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(yīng)性好，在機(jī)器人、柔性機(jī)械電子、生物醫(yī)療、精準(zhǔn)微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。

早在2015年，丁建寧團(tuán)隊與雷伊·鮑曼課題組等國際團(tuán)隊合作，成功將普通的橡膠復(fù)合碳納米管材料制成超彈性導(dǎo)電體，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》(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(xué)家圖莎爾?戈什在同期《Science》發(fā)專文評述：其在仿生柔體機(jī)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(yīng)用前景。此后，鮑曼課題組和合作團(tuán)隊研制了碳納米管纖維電化學(xué)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(tuán)隊與雷伊·鮑曼課題組等國際團(tuán)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(yīng)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(dāng)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(yīng)變效應(yīng)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(jī)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(jìn)一步提升。

響應(yīng)慢、驅(qū)動小、單向驅(qū)動等，一直是影響電化學(xué)碳納米管纖維人工肌肉應(yīng)用推廣的“卡脖子”難題。目前，團(tuán)隊提出的這種新型電化學(xué)人工肌肉可以實現(xiàn)在一定頻率范圍內(nèi)應(yīng)變隨頻率增加而增大的效應(yīng)。丁建寧認(rèn)為，“高頻響應(yīng)驅(qū)動器應(yīng)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(yīng)飛行器高頻響應(yīng)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(qiáng)。

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

（以上內(nèi)容轉(zhuǎn)載自江蘇大學(xué)官網(wǎng)）