Ultralow Voltage High‐Performance Bioartificial Muscles Based on Ionically Crosslinked Polypyrrole‐Coated Functional Carboxylated Bacterial Cellulose for Soft Robots

材料科学 聚吡咯 人工肌肉 细菌纤维素 纳米技术 生物电子学 电容 柔性电子器件 纤维素 生物医学工程 复合材料 电极 化学工程 生物传感器 聚合物 电气工程 聚合 执行机构 医学 化学 物理化学 工程类
作者
Fan Wang,Qinchuan Li,Jong‐Oh Park,Shaohui Zheng,Eunpyo Choi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (13) 被引量:87
标识
DOI:10.1002/adfm.202007749
摘要

Abstract The development of ultralow voltage high‐performance bioartificial muscles with large bending strain, fast response time, and excellent actuation durability is highly desirable for promising applications such as soft robotics, active biomedical devices, flexible haptic displays, and wearable electronics. Herein, a novel high‐performance low‐priced bioartificial muscle based on functional carboxylated bacterial cellulose (FCBC) and polypyrrole (PPy) nanoparticles is reported, exhibiting a large bending strain of 0.93%, long actuated bending durability (96% retention for 5 h) under an ultralow harmonic input of 0.5 V, broad frequency bandwidth up to 10 Hz, fast response time (≈4 s) in DC responses, high energy density (6.81 KJ m −3 ), and high power density (5.11 KW m −3 ), all of which mainly stem from its high surface area and porosity, large specific capacitance, tuned mechanical properties, and strong ionic interactions of cations and anions in ionic liquid with FCBC and PPy nanoparticles. More importantly, bioinspired applications such as the grapple robot, bionic medical stent, bionic flower, and wings‐vibrating have been realized. These successful demonstrations offer a viable means for developing high‐performance bioartificial muscles for next‐generation soft bioelectronics including bioinspired robotics, biomedical microdevices, and wearable electronics.
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