Cephalopod‐Inspired Stretchable Self‐Morphing Skin Via Embedded Printing and Twisted Spiral Artificial Muscles

材料科学 变形 软机器人 伪装 人造皮肤 仿生学 电极 执行机构 螺旋(铁路) 人工肌肉 生物医学工程 计算机科学 纳米技术 机械工程 人工智能 工程类 化学 物理化学
作者
Fan Fei,Parth Kotak,He Li,Xiaofeng Li,Cyan Vanderhoef,Caterina Lamuta,Xuan Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (46) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202105528
摘要

Abstract Cutaneous muscles drive the texture‐modulation behavior of cephalopods by protruding several millimeters out of the skin. Inspired by cephalopods, a self‐morphing, stretchable smart skin containing embedded‐printed electrodes and actuated by Twisted Spiral Artificial Muscles (TSAMs) is proposed. Electrothermally actuated TSAMs are manufactured from inexpensive polymer fibers to mimic the papillae muscles of cephalopods. These spirals can produce strains of nearly 2000% using a voltage of only 0.02 V mm −1 . Stretchable and low‐resistance liquid metal electrodes are embedded‐printed inside the self‐morphing skin to facilitate the electrothermal actuation of TSAMs. Theoretical and numerical models are proposed to describe the embedded printing of low‐viscosity Newtonian liquid metals as conductive electrodes in a soft elastomeric substrate. Experimental mechanical tests are performed to demonstrate the robustness and electrical stability of the electrodes. Two smart skin prototypes are fabricated to highlight the capabilities of the proposed self‐morphing system, including a texture‐modulating wearable soft glove and a waterproof skin that emulates the texture‐modulation behavior of octopi underwater. The proposed self‐morphing stretchable smart skin can find use in a wide range of applications, such as refreshable Braille displays, haptic feedback devices, turbulence tripping, and antifouling devices for underwater vehicles.
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