单向驱动变为双向驱动，人工肌肉既能收缩又能延长；电化学驱动应变效率显著提升，人工肌肉可以举起大于自身体重10万倍的重物……1月29日，江苏大学丁建宁团队与美国得克萨斯州立大学达拉斯分校雷伊鲍曼课题组合作，在新一期《科学》杂志上提出了一种新型高性能电化学驱动人工肌肉，探索出了人工肌肉全新的驱动机理。由此，人工肌肉的实际应用性向前迈出了一大步。

人工肌肉是人们依照动物骨骼肌，设计出的具有高输出应变、高输出能量、高输出功率以及大负载能力的柔性驱动器。正因为其体积小、运动自由度高、可以适应受限工作环境，因此在柔性骨骼、柔性飞行器、生物医疗、精准微创手术等领域都有着广阔的应用前景。

早在2015年，丁建宁团队与雷伊鲍曼课题组等国际团队合作，成功将普通的橡胶复合碳纳米管材料制成超弹性导电体。然而此前，电化学驱动长期只能单向驱动。在前期研究基础上，研究团队使用离子交换聚合物改变碳纳米管纤维的零电荷电位，突破了单向驱动瓶颈，实现了双向驱动。这意味着，通过调整电压，人工肌肉不仅仅只能收缩，还能“伸缩自如”，缩短或者延长。

研究也发现，通过将更多的自由水分子吸附到纤维中，人工肌肉的驱动应变能力提高了4倍，江苏大学博士胡兴好解释说，人工肌肉对外界的输出效率和转化效率都能得到大幅度的提升，就相当于人工肌肉可以轻松举起自身体重10万倍的重物。

然而，这种应变效应究竟来自哪里？通过近三年的研究，课题组发现了一种完全不同的驱动机理，原来，他们提出的这种人工肌肉能够将更多的自由水分子吸附到纤维中，使得驱动性能进一步提升。

响应慢、驱动小、单向驱动等，一直是影响电化学碳纳米管纤维人工肌肉应用推广的“卡脖子”难题。目前，丁建宁团队提出的这种新型电化学人工肌肉已经可以基本实现在一定频率范围内，驱动电压频率增加但是应变一直增长的效应，“比如说在仿生飞行器中，这样的柔性材料就能适应飞行器高频响应的需要。”丁建宁表示。

论文共同第一作者为胡兴好博士，共同通讯作者为丁建宁教授，丁建宁教授常州大学团队共同参与。培育项目得到了国家自然科学基金委共融机器人基础理论与关键技术研究重大研究计划培育项目的资助。 记者 王 拓