Knotted Artificial Muscles for Bio‐Mimetic Actuation under Deepwater

人工肌肉 适应性 材料科学 软机器人 弹性体 计算机科学 水下 气动人工肌肉 机器人 生物系统 生物医学工程 人工智能 执行机构 工程类 复合材料 地质学 生物 生态学 海洋学
作者
Wenhui Chen,Dezhong Tong,Linghan Meng,Bowen Tan,Ruochen Lan,Qifeng Zhang,Huai Yang,Cong Wang,Ke Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (27): e2400763-e2400763 被引量:61
标识
DOI:10.1002/adma.202400763
摘要

Muscles featuring high frequency and high stroke linear actuation are essential for animals to achieve superior maneuverability, agility, and environmental adaptability. Artificial muscles are yet to match their biological counterparts, due to inferior actuation speed, magnitude, mode, or adaptability. Inspired by the hierarchical structure of natural muscles, artificial muscles are created that are powerful, responsive, robust, and adaptable. The artificial muscles consist of knots braided from 3D printed liquid crystal elastomer fibers and thin heating threads. The unique hierarchical, braided knot structure offers amplified linear stroke, force rate, and damage-tolerance, as verified by both numerical simulations and experiments. In particular, the square knotted artificial muscle shows reliable cycles of actuation at 1Hz in 3000m depth underwater. Potential application is demonstrated by propelling a model boat. Looking ahead, the knotted artificial muscles can empower novel biomedical devices and soft robots to explore various environments, from inside human body to the mysterious deep sea.
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