Hierarchically Structured and Scalable Artificial Muscles for Smart Textiles

人工肌肉 纱线 材料科学 执行机构 编织 可扩展性 限制 计算机科学 纤维 织物 复合数 机械工程 复合材料 人工智能 工程类 数据库
作者
Yangyang Peng,Fengxin Sun,Caiqin Xiao,Mohammad Irfan Iqbal,Zhenguo Sun,Mingrui Guo,Weidong Gao,Xiaorui Hu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (45): 54386-54395 被引量:75
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16323
摘要

Fiber-based artificial muscles with excellent actuation performance are gaining great attention as soft materials for flexible actuators; however, current advances in fiber-based artificial muscles generally suffer from high cost, harsh stimulation regimes, limiting deformations, chemical toxicity, or complex manufacturing processing, which hinder the widespread application of those artificial muscles in engineering and practical usage. Herein, a facile cross-scale processing strategy is presented to construct commercially available nontoxic viscose fibers into fast responsive and humidity-driven yarn artificial muscles with a recorded torsional stroke of 1752° cm-1 and a maximum rotation speed up to 2100 rpm, which are comparable to certain artificial muscles made from carbon-based composite materials. The underlying mechanism of such outstanding actuation performance that begins to form at a mesoscale is discussed by theoretical modeling and microstructure characterization. The as-prepared yarn artificial muscles are further scaled up to large-sized fabric muscles through topological weaving structures by integrating different textile technologies. These fabric muscles extend the simple motion of yarn muscles into higher-level diverse deformations without any composite system, complex synthetic processing, and component design, which enables the development of new fiber-based artificial muscles for versatile applications, such as smart textiles and intelligent systems.
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