紗線人工肌肉可以對(duì)外界的刺激（如溫度、濕度、光、pH值和電等）做出靈敏的驅(qū)動(dòng)變形響應(yīng)，在微型驅(qū)動(dòng)器、柔性傳感器、軟體機(jī)器人及智能紡織品等領(lǐng)域表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有紗線人工肌肉難以兼顧驅(qū)動(dòng)性能、機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，且往往不具備規(guī)模化生產(chǎn)能力和可擴(kuò)展性，成為制約其進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。
近期，香港城市大學(xué)及江南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)受自然界中藤蔓交互螺旋結(jié)構(gòu)啟發(fā)，通過(guò)多級(jí)螺旋和芯鞘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將低成本的粘膠纖維和滌綸紡制成兼具快速響應(yīng)、低滯后性、大扭轉(zhuǎn)沖程和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的藤蔓結(jié)構(gòu)紗線人工肌肉，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合紡織拓?fù)渚幙椉夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了織物人工肌肉的規(guī)模化生產(chǎn)，有望廣泛應(yīng)用于智能紡織品、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域。
研究人員通過(guò)將低成本的親水粘膠纖維包覆在外層，相對(duì)疏水的滌綸長(zhǎng)絲處于內(nèi)層，從而基于潤(rùn)濕梯度和拉普拉斯力作用形成了定向的水傳導(dǎo)作用，加速了濕驅(qū)動(dòng)過(guò)程的液體傳導(dǎo)；同時(shí)由于親水纖維處于包覆外層，有利于加快回復(fù)的放濕過(guò)程，因而提升了人工肌肉的驅(qū)動(dòng)沖程、功率密度和響應(yīng)速率，而且借助芯鞘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)魯棒性。 由于藤蔓結(jié)構(gòu)紗線人工肌肉獨(dú)特的雙級(jí)螺旋和芯鞘結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的單/雙螺旋紗線人工肌肉相比,突破了扭轉(zhuǎn)加捻極限，在驅(qū)動(dòng)性能上展示了突出的優(yōu)勢(shì)。此外，藤蔓紗線結(jié)構(gòu)人工肌肉在50次循環(huán)周期后性能基本保持不變，展現(xiàn)了其良好的驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。通過(guò)探討不同因素影響，發(fā)現(xiàn)隨著混紡比、粘膠纖維捻度以及包纏密度的增大，紗線人工肌肉的性能均有所增強(qiáng)，這對(duì)進(jìn)一步提升紗線人工肌肉的性能研究具有指導(dǎo)意義。 據(jù)悉，該研究成果以Advanced Fiber Materials“High-Performance Fasciated Yarn Artificial Muscles Prepared by Hierarchical Structuring and Sheath-Core Coupling for Versatile Textile Actuators”為題發(fā)表在Advanced Fiber Materials上。
文章來(lái)源：Advanced Fiber Materials
