起源：端午节连休3天不调休作者： 张淑芬：

浙大造出200伏人为肌肉，软体机械人终于能够拔掉电源线了

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近日，浙江大学石烨教授和团队造出一款人为肌肉，通电后能像真的肌肉一样收缩和舒张，驱动电压只用了 200 伏。跟之前同类资料动不动就要几千伏相比，这个数字已经降了一个数量级。200 伏的电压能够用幼型电池加上微型升压电路来实现，软体机械人终于能够脱节那根拖在身后的电源线了。

这款人为肌肉在 20 伏每微米的电场下，也就是 10 微米厚的薄膜加 200 伏电压，面积扩张了 25%。能量密度达到了每公斤 38.4 焦耳，功率密度每公斤 452 瓦，这个输出能力已经超过了天然肌肉。他们把 10 层薄膜堆叠在一路，总厚度只有 0.2 毫米左右，却可能拉动 300 克的沉物，相当于自身沉量的 6,800 多倍。

人为肌肉的驱动电压降到 200 伏后，好多以前不敢想的事件就能做了，出格是把电源、电路、通讯、肌肉等等部件都集成到不到一个手掌大幼的机械人身上，彻底脱节累赘的表部电源。

他们首先做了一个可穿戴的柔性流体泵，把原来平面薄膜状的人为肌肉卷成圆筒状，通上 200 伏的电，圆筒就会有节拍地扩张和挤压，驱动水流。把这个泵戴在伎俩上，接上水管和水箱，水就能在管路里循环流动，给手部皮肤降温。一个齐全的循环或许必要三分钟，若是电压升到 400 伏，十秒钟就能走完一圈，这个泵循环了十万次以上，流量险些没有任何衰减。

他们还做了两条仿朝气器鱼。

第一条鱼是仿蝠鲼，就是那种扁扁的妖怪鱼，用了平面型人为肌肉，肌肉收缩时鱼身段弯曲，带头两侧胸鳍高低拍动。这条鱼在 200 伏电压下游动速度是每秒 1.1 厘米，约莫每秒钟走 0.2 倍体长。

另一条鱼是仿太阳鱼，他们用了两个卷筒型人为肌肉别离驱动左右鳍，两个肌肉能够独立节造。只动右边的肌肉，鱼就往左拐；只动左边的肌肉，鱼就往右拐；两个同时动，鱼就能够直行。这条鱼在 200 伏下能跑出每秒 1.1 厘米的速度，300 伏下达到每秒 2.6 厘米。

他们还做了一个膝行机械人，这个机械人没有腿，就是一片长方形的柔性薄膜，一头贴在硬质的电路板上，另一头悬空。通电后薄膜弯曲，扭转和地面的接触角度，整个身段就会向前爬。

200 伏电压下它每秒能爬 3.3 毫米，若是换个方向弯曲，每秒能爬 4.5 毫米。并且这个机械人直接街到 220 伏的家用电上也能爬，每秒能爬 6.2 毫米，还能驮着 0.4 克的沉物缓慢移动。

人为肌肉的台甫叫介电弹性体驱动器，它的工作道理是在一片弹性薄膜高低两面做上柔性电极，通电后正负电极相互吸引，把薄膜压扁，薄膜就会向周围扩张，断电后薄膜恢复原状，这个过程跟真正的肌肉收缩极度像。以前这类资料必要几千伏高压能力动起来，重要是由于以下三个参数卡住了：一是弹性薄膜太硬压不动；二是资料的介电常数太低，产生的压力不够；三是单层薄膜太厚，必要的电压就高。

该团队在这三项上做了系统性的改进，他们合成了一种新型弹性体，里面增长了一种叫 LiTFSI 的有机盐。这种盐能解离成离子，跟高分子网络形成强度适中的化学键，把资料的介电常数从 5 左右提升到了 13。之前的步骤要么增长高介电常数的陶瓷颗粒，要么就是在高分子资料上衔接带有强正负电荷分部的化学基团，了局弹性体变得又硬又脆。

该团队发现 LiTFSI 的键合强度恰到益处，既能把介电常数拉上去，又不会让资料变僵化。这就像在面团里加食用油，加多了面团会散，加少了还是会粘手，而他们找到了那个美满的比例。

（起源：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.ady9

介电常数提升后，同样电压下产生的静电力大了将近三倍。不外他们没有满足于此，他们同步把薄膜厚度从常见的几十上百微米降到了 10 微米左右，约莫是头发丝直径的六分之一。

电压蹬宗电场强度乘以厚度，厚度减到极度之一，同样电场下电压也降到极度之一。但单纯减幼薄膜厚度意味着总的肌肉量也减幼了，导致能输出的总能量变幼。为此该团队发了然一种干法堆叠工艺，把几十层薄膜和电极层层平坦地叠在一路，层与层之间用特造的粘合层固定，不会分层也不会起泡。

石烨通知 DeepTech，他们做这个工作的初衷很朴素，就是解决人为肌肉电压太高没法现实用这一主题难题。石烨在 2021 年底回国参与浙江大学，带着他的第一个博士生，从根基道理启程画了一张路线图，花了将近四年功夫一步步走完。

中央遇到过好多难题，好比薄膜太薄难以加工处置，好比增长剂选了好几种都不相宜，好比升压电路做不幼。但是他们没有更换指标，而是一步一个足迹把这些坎都迈从前了。此刻他们不仅把电压降到了 200 伏，还把这门技术做成了一套齐全的工具箱，从资料配方到薄膜堆叠工艺，从微型升压电路到机械人系统集成实现了全数买通。

（起源：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.ady9

人为肌肉的利用远景极度辽阔，首先就是机械人领域，此刻市面上的人形机械人和机械狗都是刚性结构，关节靠电机驱动，遇到狭幼缝隙或者复杂地形容易卡住。人为肌肉做出来的软体机械人能够伸缩变形，像章鱼一样钻进狭幼空间，在废墟搜救或者管路检测中很有优势。

其次是人机交互，刚性机械人若是失控砸到人会很危险，软体机械人即便出故障也不会造成严沉中伤，更适合做陪同型或者护理型机械人。表骨骼能够援手士兵或者搬运工减轻负沉，走路抬器材时有一部门力由人为肌肉来出。

医学康复则是另一个方向，老年人或者手部受伤的患者肌肉力量不及，能够戴上一副人为肌肉手套，援手抓取物体。

触觉反馈是一个更前沿的利用，他们所展示的人为肌肉阵列能够植入得手套或者电子皮肤中，每个幼圆点独立节造。远程手术时医生戴上这种手套，手术机械人触际遇的组织是硬还是软、肌肉还是骨骼，都能通过手套上的触觉点阵实时反馈给医生。对于医生来说光靠眼睛看是不够的，触觉能让手术更精准。

该团队未来的打算是把人为肌肉和传感元件、推算芯片集成到一路，做出更有智能的软体机械人。此刻的人为肌肉只能执行单一的通断电指令，若是配上传感器，它就能感知自己的状态和环境，若是配上芯片它就能做决策。同时，石烨也在思考技术转化，可能会通过创业或者与企业合作的方式，把人为肌肉真正推向市场。

参考资料：

有关论文 https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.ady9635

运营/排版：何晨龙

注：封面/首图由 AI 辅助天生