美国一所大学的材料科学家与美国一家非营利科学研究所的同事开发了一种新的材料和制造工艺，用于制造比生物肌肉更强壮、更灵活的人造肌肉。“创造一种人造肌肉，使其能够进行工作，并感受到力和触觉，这一直是科学与工程的重大挑战之一。”科学家们解释说。为了将软材料考虑用作人造肌肉，它必须能够输出机械能，并在高应变条件下保持活力，这意味着在重复工作循环后不会轻易失去其形状和强度。虽然许多材料被认为是制造人造肌肉的竞争者，但介电弹性体DE——具有高弹性能量密度的轻质材料，因其最佳的灵活性和韧性而受到特别关注。
介电弹性体是电活性聚合物，是由大分子组成的天然或合成物质，当受到电场刺激时，其大小或形状会发生变化。它们可以用作执行器，使机器能够通过将电能转换为机械功来运行。大多数介电弹性体由丙烯酸或硅树脂制成，但这两种材料都有缺点。虽然传统的丙烯酸DEs可以实现高驱动应变，但它们需要预拉伸，缺乏灵活性。硅酮更容易制造，但它们不能承受高应变。
科学家团队利用市售化学品并采用紫外线UV光固化工艺，开发了一种改进的丙烯酸基材料，该材料更柔韧、可调，更易于扩展，且不会失去强度和耐久性。虽然丙烯酸能够形成更多氢键，从而使材料更易移动，但科学家们还调整了聚合物链之间的交联，使弹性体更柔软、更灵活。然后将得到的薄、可加工、高性能介电弹性体膜或PHDE夹在两个电极之间，以将电能转换为运动作为执行器。
每一层PHDE薄膜都像一根头发一样薄而轻，厚度约为35微米，当多层堆叠在一起时，它们就会成为一个微型电机，可以像肌肉组织一样工作，并产生足够的能量来驱动小型机器人或传感器的运动。科学家们已经制作了4到50层不等的PHDE薄膜。“这种灵活、多功能和高效的执行器可以为新一代机器人的人造肌肉打开大门，也可以为传感器和可穿戴技术打开大门，使其能够更准确地模拟甚至提高人类的运动和能力。”科学家们解释说：“配备PHDE执行器的人工肌肉可以产生比生物肌肉更多的兆帕力，并且它们也显示出比自然肌肉3到10倍的灵活性。”
科学家团队利用市售化学品并采用紫外线UV光固化工艺，开发了一种改进的丙烯酸基材料，该材料更柔韧、可调，更易于扩展，且不会失去强度和耐久性。虽然丙烯酸能够形成更多氢键，从而使材料更易移动，但科学家们还调整了聚合物链之间的交联，使弹性体更柔软、更灵活。然后将得到的薄、可加工、高性能介电弹性体膜或PHDE夹在两个电极之间，以将电能转换为运动作为执行器。
每一层PHDE薄膜都像一根头发一样薄而轻，厚度约为35微米，当多层堆叠在一起时，它们就会成为一个微型电机，可以像肌肉组织一样工作，并产生足够的能量来驱动小型机器人或传感器的运动。科学家们已经制作了4到50层不等的PHDE薄膜。“这种灵活、多功能和高效的执行器可以为新一代机器人的人造肌肉打开大门，也可以为传感器和可穿戴技术打开大门，使其能够更准确地模拟甚至提高人类的运动和能力。”科学家们解释说：“配备PHDE执行器的人工肌肉可以产生比生物肌肉更多的兆帕力，并且它们也显示出比自然肌肉3到10倍的灵活性。”
多层软膜通常通过“湿”工艺制造，该工艺涉及沉积和固化液体树脂。但是，这一过程可能会导致不均匀层，从而导致执行器性能不佳。因此，到目前为止，许多致动器仅在单层DE膜上获得成功。而现在科学家们的研究涉及一个干燥过程，通过该过程，薄膜使用刀片分层，然后紫外线固化硬化，使各层均匀。这增加了执行器的能量输出，使设备能够支持更复杂的运动。
简化的过程，以及PHDE的灵活和耐用特性，允许制造新的软致动器，能够弯曲跳跃，如蜘蛛腿，或缠绕和旋转。科学家们还证明了PHDE致动器能够投掷比PHDE薄膜重20倍的豌豆大小的球。当打开和关闭电压时，致动器也可以像隔膜一样膨胀和收缩，这让我们看到了未来如何使用人造肌肉。
简化的过程，以及PHDE的灵活和耐用特性，允许制造新的软致动器，能够弯曲跳跃，如蜘蛛腿，或缠绕和旋转。科学家们还证明了PHDE致动器能够投掷比PHDE薄膜重20倍的豌豆大小的球。当打开和关闭电压时，致动器也可以像隔膜一样膨胀和收缩，这让我们看到了未来如何使用人造肌肉。
图片仅为示意
