近日，西北工业大学航空学院苗应刚副教授和四川大学张新星教授研究团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》在线发表题为《Self-Healing Yet Strong Actuator Materials with Muscle-Like Diastole and Contraction via Multilevel Relaxations》的研究论文。
骨骼肌代表了软机器人技术的典范，具有敏捷的运动和令人难以置信的机械坚固性。然而，现有致动器的驱动参数仍然无法与生物组织相媲美，此外结构成分之间缺乏有机整合限制了人造材料自下而上的协同调节，而单调的运动模式和对不可逆损伤的敏感性，使得现有的人造肌肉尚未与它们的生物对应物相匹配，这在复杂的实际变形场景中会产生不可靠的驱动。因此，迫切需要开发一种强致动材料实现人体肌肉样舒张和收缩以达到自愈的效果。为了解决上述问题，西北工业大学苗应刚、四川大学张新星等人开发了一种通过多级松弛实现具有肌肉样舒张和收缩的自愈性强致动材料，它可以模拟肌肉收缩和舒张，具有通过超分子相互作用组装的定向可滑动网络。负载在具有多动态键位点的剥离二硫化钨纳米片上的树枝状多酚改性铜纳米球在肌肉中充当肌球蛋白，而真壳凝胶中的聚合物链模拟肌动蛋白丝。所制备的人工肌肉材料 （AMM） 通过拓扑网络的热膨胀和排列链在高温下的α弛豫伴随着分层结构的滑移来执行舒张或收缩驱动，此外，在可重构界面处动力学活跃的次级 β/γ/δ-弛豫可以克服固定取向聚合物链有限的自愈能力。获得的人造肌肉表现出高输出驱动、坚固的机械性能（抗拉强度为 33.5 MPa）和所需的功能、机械自愈效率 （89.7%），超过了生命系统中的典型自然肌肉。仿生微纳设计策略实现自下而上的协同松弛调制，整合自然肌肉的全面性能，为下一代智能机器人的实质性进步铺平了道路。
西北工业大学航空学院苗应刚副教授和四川大学高分子材料工程国家重点实验室张新星教授为论文的共同通讯作者；该论文的第一作者为四川大学高分子研究所在读硕士生黄焯，第二作者为西北工业大学航空学院、冲击动力学及其工程应用陕西省重点实验室在读硕士生吴知博。西北工业大学航空学院、冲击动力学及其工程应用陕西省重点实验室，以及强度与结构完整性全国重点实验室为通讯作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目(52173112, 52373116,12472392)和中国航空科学基金(20230041053006)的资助。
图片简介：
图1 仿生驱动材料的结构设计: (a)天然肌肉的示意图及其运动机理, (b-e)类肌肉纳米复合材料多功能驱动与作用示意图
图2 人工肌肉材料微纳结构的组装与表征信息
图3高活性多级松弛和自愈合等机械响应特性
图4 类肌肉收缩、舒张和驱动相应特征与参数
图5功能修复的驱动演示:(a-b)夹持器释放; (c-d)夹持器夹持示意图;(e)夹持器驱动参数; (f)起吊起物体功能演示; (g)仿生手臂肘部弯曲特性;(h)与其他天然或人工材料性能的比较
论文信息：
Zhuo Huang, Zhibo Wu, Changchun Li, Xinkai Li, Xin Yang, Xiaoyan Qiu, Yuyan Wang, Yinggang Miao*, Xinxing Zhang*. Self-Healing Yet Strong Actuator Materials with Muscle-Like Diastole and Contraction via Multilevel Relaxations. Advanced Materials, 2024, 2413194.
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202413194
期刊信息：
Advanced Materials是工程与计算学科、材料与化学领域的顶尖期刊，在国际科研界上享誉盛名，其2023 Journal Impact Factor=27.4。
