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What is an artificial muscle? A comparison of soft actuators to biological muscles

执行机构 适应性 软机器人 人工肌肉 软质材料 仿生学 计算机科学 机制(生物学) 人工智能 控制工程 领域(数学) 机器人学 工程类 机器人 生化工程 纳米技术 材料科学 生物 生态学 哲学 纯数学 认识论 数学
作者
Diego R Higueras-Ruiz,Kiisa C. Nishikawa,Heidi P. Feigenbaum,Michael W. Shafer
出处
期刊:Bioinspiration & Biomimetics [IOP Publishing]
卷期号:17 (1): 011001-011001 被引量:49
标识
DOI:10.1088/1748-3190/ac3adf
摘要

Abstract Interest in emulating the properties of biological muscles that allow for fast adaptability and control in unstructured environments has motivated researchers to develop new soft actuators, often referred to as ‘artificial muscles’. The field of soft robotics is evolving rapidly as new soft actuator designs are published every year. In parallel, recent studies have also provided new insights for understanding biological muscles as ‘active’ materials whose tunable properties allow them to adapt rapidly to external perturbations. This work presents a comparative study of biological muscles and soft actuators, focusing on those properties that make biological muscles highly adaptable systems. In doing so, we briefly review the latest soft actuation technologies, their actuation mechanisms, and advantages and disadvantages from an operational perspective. Next, we review the latest advances in understanding biological muscles. This presents insight into muscle architecture, the actuation mechanism, and modeling, but more importantly, it provides an understanding of the properties that contribute to adaptability and control. Finally, we conduct a comparative study of biological muscles and soft actuators. Here, we present the accomplishments of each soft actuation technology, the remaining challenges, and future directions. Additionally, this comparative study contributes to providing further insight on soft robotic terms, such as biomimetic actuators, artificial muscles, and conceptualizing a higher level of performance actuator named artificial supermuscle. In conclusion, while soft actuators often have performance metrics such as specific power, efficiency, response time, and others similar to those in muscles, significant challenges remain when finding suitable substitutes for biological muscles, in terms of other factors such as control strategies, onboard energy integration, and thermoregulation.
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