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  天然肌肉，是人體運動系統組成部分，人體要想實現各種各樣的運動都離不開肌肉收縮。那么天然肌肉是如何實現感知、驅動與控制的呢？如圖1所示，梭外肌纖維接收來自大腦發出的電信號，通過α運動神經元傳遞至肌漿網控制鈣離子進出細胞質膜，從而引起肌肉收縮。梭內肌纖維作為感覺肌肉的運動的本體感受器，即檢測梭外肌纖維的長度變化，并通過γ運動神經元傳遞至中樞神經系統。而α-γ運動神經元的相互協調運作，對控制人體運動過程種起重要作用。模仿人類肌肉的驅動原理，可以為構建新型的神經、傳感、驅動于一體的人工肌肉提供靈感。

圖1 人工肌肉模仿天然骨骼肌和神經元系統示意圖。

  近日，南開大學劉遵峰教授課題組使用天然橡膠纖維和碳納米管，構建出集神經傳導、驅動、感知一體的人工肌肉纖維。通過電加熱碳納米管層引起橡膠熵彈性變化，實現橡膠纖維收縮驅動。而收縮過程中，雙鞘層碳納米管褶皺接觸面積增加引起電阻增加。因此，可以通過測量電阻的大小監測肌肉的長度變化。此外，還經過設計反饋回路，可通過設置電阻上限和下限來自動連接和斷開肌肉，這模擬了人在提重物時，超過人的負荷，可自動松弛以避免肌肉拉傷。如圖2所示。該研究設計的人工肌肉纖維為制備新型人工肌肉和軟體機器人提供了新設計策略。

圖2 自動控制人工肌肉及爬行機器人。

  相關成果以“Tensile and Torsional Elastomer Fiber Artificial Muscle by Entropic Elasticity with Thermo-Piezoresistive Sensing of Strain and Rotation by Single Electric Signal”發表在Materials Horizons上。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh01003k#!divAbstract