人工肌肉柔性驱动器可将外界刺激转化为机械运动，在柔性外骨骼、假肢、软体机器人等领域具有重要应用。利用碳纳米管纤维构筑的螺旋卷绕型纱线具有质轻、电导、热导性能好等优点，常被用于制作人工肌肉。其中，直接通电驱动操作方便，结构简单。然而电热驱动型纱线常伴随着降温慢、频率性能差等缺点，限制了其实际使用。

近期，江苏大学智能柔性机械电子研究院丁建宁教授团队胡兴好博士与美国德克萨斯州立大学达拉斯分校雷伊·鲍曼院士课题组合作，提出了一种新型鞘-芯电热驱动人工肌肉（图1），具体利用高机械强度有机纤维作芯，复合硅胶的碳纳米管作鞘。在高频驱动过程中，由于鞘、芯材料的导热系数不同，使得纤维与空气的热交换主要发生在鞘层（图2）。因此，该鞘-芯人工肌肉大大缩短了其降温过程，实现高频驱动。相关工作以“Fast Large-stroke sheath-driven electrothermal artificial muscles with high power densities”为题发表在《Advanced Functional Materials》，论文第一作者及通讯作者为江苏大学胡兴好博士，共同通讯作者为雷伊·鲍曼院士。

该研究成果已授权中国发明专利（专利号：201910576614.7）。该项工作得到国家自然科学基金（52105057）、国家博士后基金（2021M691307）和江苏省科技计划（BK20200916）的资助。

图 1 鞘-芯电热驱动碳纳米管纤维人工肌肉制作示意图

图2 鞘-芯电热驱动人工肌肉的输出性能与降温模拟

图3 利用鞘-芯电热人工肌肉制作的爬行机器人

该工作是团队近期关于碳纳米管纤维人工肌肉的最新进展之一。在过去的一年中，团队通过聚电解质功能化的策略，实现人工肌肉智能材料的“双极”驱动转变为“单极”驱动，同时发现了人工肌肉随电容降低，驱动性能增强的反常现象（Science 371, 494–498 (2021)），这一重要突破解决了人工肌肉驱动性能的电容依赖性问题，为后续设计具有无毒、低驱动电压的高性能驱动器提供新的理论基础。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200591