Liquid Crystal Elastomer Based Dexterous Artificial Motor Unit

人工肌肉 材料科学 弹性体 执行机构 电压 软机器人 电机单元 机械工程 纳米技术 计算机科学 电气工程 复合材料 人工智能 工程类 生物 神经科学
作者
Yang Wang,Qiguang He,Zhijian Wang,Shengjia Zhang,Chenghai Li,Zijun Wang,Yong‐Lae Park,Shengqiang Cai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (17) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adma.202211283
摘要

Despite the great advancement in designing diverse soft robots, they are not yet as dexterous as animals in many aspects. One challenge is that they still lack the compact design of an artificial motor unit with a great comprehensive performance that can be conveniently fabricated, although many recently developed artificial muscles have shown excellent properties in one or two aspects. Herein, an artificial motor unit is developed based on gold-coated ultrathin liquid crystal elastomer (LCE) film. Subject to a voltage, Joule heating generated by the gold film increases the temperature of the LCE film underneath and causes it to contract. Due to the small thermal inertial and electrically controlling method of the ultrathin LCE structure, its cyclic actuation speed is fast and controllable. It is shown that under electrical stimulation, the actuation strain of the LCE-based motor unit reaches 45%, the strain rate reaches 750%/s, and the output power density is as high as 1360 W kg-1 . It is further demonstrated that the LCE-based motor unit behaves like an actuator, a brake, or a nonlinear spring on demand, analogous to most animal muscles. Finally, as a proof-of-concept, multiple highly dexterous artificial neuromuscular systems are demonstrated using the LCE-based motor unit.
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