用于人工肌肉束电化学与机械平衡的不对称碳纳米管纱线

《Advanced Fiber Materials》：Asymmetric Carbon Nanotube Yarns for Electrochemical and Mechanical Balance in Artificial Muscle Fascicle

人工肌束模仿生物结构，解决电化学不平衡和机械模量差异问题。通过调整阴/阳极比例和弹簧指数实现平衡，扩展至多层结构，提升软机器人性能。

　　

摘要

模仿生物肌肉层次结构的人工肌肉束对于将单个人工肌肉的高性能转化为可扩展的软体机器人应用至关重要。然而，在电化学人工肌肉中，由阳极和阴极肌肉组成的肌肉束由于阳极和阴极两侧之间的电化学不平衡（包括电压、电容和离子体积）而存在不对称的驱动现象。这种不平衡降低了肌肉束的整体驱动效率，给软体机器人设计带来了挑战。本文提出了一种碳纳米管（CNT）人工肌肉的不对称配置方法，以解决电化学不平衡以及由此产生的机械不平衡问题。通过调整肌肉束中阴极肌肉与阳极肌肉的比例来实现电化学平衡，并调整卷曲结构的弹簧指数以匹配两种肌肉之间的机械模量。这种不对称策略进一步扩展到多层结构中，从而形成了性能提升的人工肌肉束。这些结果为将高性能的单个CNT人工肌肉转化为高效且强大的人工肌肉束提供了可扩展的方案，为未来的软体机器人系统奠定了基础。

图形摘要