Enabling High‐Performance Artificial Muscles via a High Strength Fiber Reinforcement Strategy

人工肌肉 材料科学 骨骼肌 纤维 肌肉纤维 肌肉收缩 生物医学工程 复合材料 解剖 执行机构 计算机科学 生物 人工智能 医学
作者
Zhendong Zhu,Longbo Luo,Jiayu Wang,Shi Liu,Kai Wu,Yinghan Wang,Xiangyang Liu,Jiaqiang Qin,Pei Cheng
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:8 (17) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/admt.202300430
摘要

Abstract Coiled‐polymer‐fiber‐based artificial muscles can provide large contractile actuation stroke. However, it is a challenge to achieve high actuation load and high actuation stroke for artificial muscle simultaneously. Herein, a powerful coiled‐polymer‐fiber‐based artificial muscle with a “rigid‐and‐flexible” structure is fabricated by cotwisting rigid heterocyclic aramid (HA) fibers with flexible silver‐plated nylon (SPN) fibers. The artificial muscle based on coiled HA@SPN fibers can lift a load over 108 MPa with a fast response time of 0.6 s, which is 309 times heavier than the load that human muscle can lift, and generate a work density per temperature of 41.3 J (kg °C) −1 . The coiled HA@SPN fiber muscle exhibits high actuation stability of over 30 000 cycles. The coiled HA@SPN fiber muscle can provide a contractile actuation stroke of up to 8.2% and generate an average gravimetric mechanical energy density of 702 J kg −1 , which is 18.1 times that of human skeletal muscle (≈38.8 J kg −1 ). An average contractile power density of 1168 W kg −1 is obtained for coiled HA@SPN fiber muscle, which is 23.4 times that of human skeletal muscle (≈50 W kg −1 ).
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