Pretension-Free and Self-Recoverable Coiled Artificial Muscle Fibers with Powerful Cyclic Work Capability

材料科学 人工肌肉 纤维 复合材料 液晶 弯曲 执行机构 光电子学 计算机科学 人工智能
作者
Bo Cui,Ming Ren,Lizhong Dong,Yulian Wang,Jianfeng He,Xulin Wei,Yang Zhao,Panpan Xu,Xiaona Wang,Jiangtao Di,Qingwen Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (13): 12809-12819 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c03942
摘要

Similar to natural muscle fibers, coiled artificial muscle fibers provide a straightforward contraction. However, unlike natural muscle fibers, their recovery from the contracted state to the initial state requires high stress, resulting in almost zero work during a full actuation cycle. Herein, a self-recoverable coiled artificial muscle fiber was prepared by conformally coating an elastic carbon nanotube (CNT) fiber with a very thin liquid crystal elastomer (LCE) sheath. The as-obtained muscle fiber demonstrated excellent actuation properties comprising 56.9% contractile stroke, 1522%/s contraction rate, 7.03 kW kg-1 power density, and 32,000 stable cycles. The LCE chains were helically aligned in a nematic phase, and the phase change of the LCE caused by Joule heating drove the actuation process. Moreover, the LCE/CNT fiber had a well-separated, torsionally stable, and elastic coiled structure, which permitted large contractile strokes and acted as an elastic template for external-stress-free recovery. Thus, the use of self-recoverable muscle fibers to mimic the natural muscles for object dragging, multidirectional bending, and quick striking was demonstrated.
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