【实现#人工肌肉# 无能耗高张力伸缩，中科院苏州纳米所利用铝离子插层机理，实现低能耗精确步进驱动】

借鉴自然界的结构，到目前为止，研究者们已经开发了各种人工肌肉（又叫驱动器），它们在受到外部刺激时能够可逆地收缩、弯曲或旋转。

近几年，纤维状的#人工肌肉# 受到了广泛的关注。受到外界环境的刺激后，可以像肌肉一样发生收缩/伸长形变，相比于传统的电机和热机的驱动形式更具优势。

然而，人工肌肉纤维领域目前存在一些难题，其中之一是如何精确控制驱动量，目前其控制精度非常低。另外，人工肌肉长时间保持收缩的状态，则需要向其持续注入外界的能量，这不利于后期的应用及节能。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（以下简称“#中科院苏州纳米所# ”）团队在 ACS Nano 上发表论文，题为《铝离子插层驱动的步进式人工肌肉纤维》（Stepwise Artificial Yarn Muscles with Energy-Free Catch States Driven by Aluminum-Ion Insertion）[1]。中科院苏州纳米所研究员邸江涛、副所长李清文为该论文的通讯作者，论文的第一作者为博士生任明。

受到双壳类软体动物的肌肉可以在低能耗的条件下长时间保持收缩行为的启发，该团队发展了一种新的离子嵌入的驱动方法，使肌肉纤维在维持特定的驱动状态时，不需要消耗额外的能量。另外，肌肉纤维在步进驱动的精度方面也有明显的提升。

在这项研究中，通过铝离子在塌陷的碳纳米管之间发生可逆的法拉第式嵌入和脱出，解决了上述挑战。这一新的驱动机制使人工肌肉纤维实现了无能耗的高张力的收缩保持状态，和可编程的步进式驱动。

当不提供能量时，即使在高达近十万倍肌肉重量的负载下，人工肌肉纤维几乎能完全地保持已实现的收缩行程。驱动机制允许在可逆驱动过程中，可编程地控制低至 1% 的行程步骤。此外，人工肌肉产生的等距收缩应力大约是骨骼肌的 40 倍，同时可以实现步长的精准控制。

同时，人工肌肉具有高的能量存储能力，当完全充电时，肌肉储存的能量高达 102mAh/g，使得人工肌肉可以作为电池为次级肌肉或其他设备供电。这对开发自供能的人工肌肉，以及多肌肉群多动作的集成驱动系统具有重要意义。

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