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  人工肌肉是一種可以在外界刺激下產生機械變形或運動的智能材料和器件的總稱。其中電熱驅動纖維基人工肌肉以其簡單的控制方法、卓越的機械性能、靈活的集成方式、低廉的制造成本等獨特優勢，正逐步成為柔性機器人、智能紡織品、可穿戴技術的新型潛在動力源。然而，傳統的電熱驅動纖維基人工肌肉正面臨著一個關鍵瓶頸：隨著直徑的增加，人工肌肉在加熱驅動后的恢復速度顯著下降，這極大影響了人工肌肉的循環驅動性能，限制了其在需要快速和重復應用中的實用性。

  近期，天津大學穆九柯教授團隊聯合東華大學朱美芳院士團隊提出了一種集成熱管理、傳感、驅動功能的新型人工肌肉系統。通過引入大比表面電極，開發了一種先進的柔性管狀流體泵，并將該流體泵與人工肌肉集成，制備了具有并聯和串聯兩種配置的新型流體泵冷卻人工肌肉系統。集成系統成功將冷卻時間縮短到原來的九分之一，并將輸出功率密度提高了3倍，將有效致動頻率范圍擴大了3.5倍。此外，通過在人工肌肉表面集成電阻傳感層，實現了對人工肌肉驅動過程的實時可視化監測。相關工作以“Integrated Thermal Management-Sensing-Actuation Functional Artificial Muscles”為題發表在Material Horizons。該文章共同第一作者為天津大學碩士研究生王路峰和博士研究生楊世舉，通訊作者是天津大學穆九柯教授和東華大學朱麗萍研究員。

圖1 流體泵的制作過程、工作機制和驅動性能

圖2 串聯與并聯流體冷卻人工肌肉驅動過程示意及熱管理熱成像圖

圖3 串聯流體冷卻人工肌肉結構參數優化

圖4 人工肌肉系統集成傳感層設計

  原文鏈接: https://doi.org/10.1039/d4mh01303d