Plant‐Like Tropisms in Artificial Muscles

人工肌肉 执行机构 材料科学 仿生材料 纱线 仿生学 软机器人 机械工程 纳米技术 生物系统 复合材料 计算机科学 人工智能 生物 工程类
作者
Shazed Aziz,Xi Zhang,Sina Naficy,Bidita Salahuddin,Edwin W. H. Jager,Zhonghua Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (51) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adma.202212046
摘要

Helical plants have the ability of tropisms to respond to natural stimuli, and biomimicry of such helical shapes into artificial muscles has been vastly popular. However, the shape-mimicked actuators only respond to artificially provided stimulus, they are not adaptive to variable natural conditions, thus being unsuitable for real-life applications where on-demand, autonomous operations are required. Novel artificial muscles made of hierarchically patterned helically wound yarns that are self-adaptive to environmental humidity and temperature changes are demonstrated here. Unlike shape-mimicked artificial muscles, a unique microstructural biomimicking approach is adopted, where the muscle yarns can effectively replicate the hydrotropism and thermotropism of helical plants to their microfibril level using plant-like microstructural memories. Large strokes, with rapid movement, are obtained when the individual microfilament of yarn is inlaid with hydrogel and further twisted into a coil-shaped hierarchical structure. The developed artificial muscle provides an average actuation speed of ≈5.2% s-1 at expansion and ≈3.1% s-1 at contraction cycles, being the fastest amongst previously demonstrated actuators of similar type. It is demonstrated that these muscle yarns can autonomously close a window in wet climates. The building block yarns are washable without any material degradation, making them suitable for smart, reusable textile and soft robotic devices.
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