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  動(dòng)物肌肉是自然界中最高效的柔性驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于人工肌肉的發(fā)展起到了重要的啟發(fā)作用。在眾多人造智能材料中，液晶彈性體（LCE）具有與天然肌肉相似的可逆線性驅(qū)動(dòng)應(yīng)變能力。最近的研究表明，當(dāng)LCE制成纖維時(shí)，其較大的比表面積使其能夠?qū)崿F(xiàn)與天然肌肉類似的超快速驅(qū)動(dòng)。然而，單根纖維無(wú)法為實(shí)際應(yīng)用提供足夠的力量，多根纖維合并使用時(shí)驅(qū)動(dòng)速度會(huì)因?yàn)楸缺砻娣e的減小而降低。因此，人工肌肉目前還未能以實(shí)際應(yīng)用的尺寸實(shí)現(xiàn)與動(dòng)物肌肉相當(dāng)?shù)目焖倬�性驅(qū)動(dòng)。此外大多數(shù)基于智能材料（包括LCE）的人工肌肉的環(huán)境適應(yīng)性有限，主要應(yīng)用場(chǎng)景都局限于空氣環(huán)境中，難以像水生動(dòng)物的肌肉一樣支持軟體機(jī)器人的水下運(yùn)動(dòng)。即便已有基于介電彈性體的人工肌肉實(shí)現(xiàn)了深海驅(qū)動(dòng)，但其線性變形有限，并且受到破壞時(shí)會(huì)快速失效，工作魯棒性不足。

圖4. 平結(jié)人工肌肉在淺/深水環(huán)境中的應(yīng)用。（a）人工肌肉驅(qū)動(dòng)的槳的示意圖；（b）繩結(jié)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的槳在淺水下的運(yùn)動(dòng)情況；（c）繩結(jié)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的槳在淺水下以1hz的頻率驅(qū)動(dòng)的拍動(dòng)情況；（d）繩結(jié)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的槳在3000m水下的運(yùn)動(dòng)情況；（e）繩結(jié)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的槳在3000m水下以1hz的頻率驅(qū)動(dòng)的拍動(dòng)情況；（f）用繩結(jié)人工肌肉驅(qū)動(dòng)小船的過(guò)程。

  這項(xiàng)工作為人工肌肉提供了一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，解決了人工肌肉驅(qū)動(dòng)速度不足，適應(yīng)性與魯棒性有限的問(wèn)題。并且，這些仿生繩結(jié)人工肌肉有望實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的生產(chǎn)與更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景拓展，為虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)、微創(chuàng)手術(shù)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)和深海探索等應(yīng)用領(lǐng)域提供了創(chuàng)新的解決方案。相關(guān)研究在《Advanced Materials》發(fā)表題為“Knotted Artificial Muscles for Bio-mimetic Actuation under Deepwater”的研究論文。北京大學(xué)博士生陳雯慧為第一作者，北京大學(xué)劉珂研究員，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所王聰副研究員與北京大學(xué)楊槐教授為共同通訊作者。本工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能機(jī)器人”專項(xiàng)的支持。