Bio‐Inspired Artificial Muscle‐Tendon Complex of Liquid Crystal Elastomer for Bidirectional Afferent‐Efferent Signaling

人工肌肉 执行机构 材料科学 可控性 本体感觉 计算机科学 传出的 感觉系统 控制工程 人工智能 神经科学 工程类 传入的 应用数学 数学 生物
作者
Jiyeon Cho,Min-Hee Lee,Taejun Park,Yang Wang,Howon Lee,Shengqiang Cai,Yong‐Lae Park
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (2): e03094-e03094 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adma.202503094
摘要

The muscle-tendon complex (MTC) in biological systems integrates contractile actuation and proprioceptive sensing, enabling coordinated feedback control of muscle activations through simultaneous afferent (sensory) and efferent (motor) signaling. To achieve similar functionality, artificial muscles, often based on polymeric materials with intricate material behaviors, require embedded proprioceptive capabilities to enable adaptive and reliable feedback control. Here, an artificial MTC-inspired liquid crystal elastomer (LCE) muscle with embedded physical intelligence is presented that supports simultaneous sensing and actuation. The proposed system utilizes embedded liquid metal (LM) channels for Joule heating and sensing of mechanical states, such as force and length, within the LCE structure. The multimaterial design combines isotropic LCE and nematic LCE, each with distinct thermomechanical properties optimized for specific functions, allowing for responsive contractile actuation and efficient proprioception. Integrated within a single, compact structure, this artificial muscle combines all sensing and actuation components, enhancing compliance and proprioceptive functionality. Furthermore, the LCE actuators are arranged in an antagonistic pair, mirroring the setup of biological muscles, to improve controllability and coordination. These MTC-inspired LCE artificial muscles demonstrate closed-loop feedback control in robotic applications, such as a robotic finger and gripper system, highlighting the potential of embedded physical intelligence in advanced robotic control systems.
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