Hydration Programmable, Shape Memorable Artificial Muscles for Antagonistic Movements

材料科学 人工肌肉 软机器人 形状记忆聚合物 形状记忆合金 聚合物 各向异性 复合材料 生物系统 纳米技术 机器人 人工智能 计算机科学 执行机构 物理 量子力学 生物
作者
Yande Cui,Jiehan Lin,Yanduo Zhai,Chao Xu,Chaoji Chen,Chunyu Chang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (34) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202401005
摘要

Abstract Shape memory polymers (SMPs) capable of generating various deformations from anisotropic temporary shapes to permanent shapes have been emerging as soft robots. However, traditional SMPs cannot imitate the antagonistic movement of human skeletal muscles due to their modulus limitations in shape programming and recovery process. Herein, hydration programmable shape memory polymer (HP‐SMP)‐based fibers that can undergo reversible actuation by assembling antagonistic pairs are reported, where the shape programming of the antagonist muscle relies on the contraction of agonist muscle. HP‐SMP fibers are composed of tunicate cellulose nanocrystals (TCNCs) reinforced semi‐interpenetrating polymer networks. Leveraging their distinctive structure and hydration programmability, the HP‐SMP fibers exhibit large actuation strain (−60%) and high work capacity (751 J kg −1 ), allowing for reversible actuation under constant stress. Most significantly, the continuous antagonistic movements of HP‐SMP fibers assembled into artificial limbs are demonstrated to realize humanoid motion. This work provides new possibilities for replicating a series of lifelike human movements through the biomimetic design of antagonistic pairs of artificial muscles, utilizing renewable and sustainable biosourced materials.
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