老挝黄金赌场苏州纳米所李清文/邸江涛研究员：感知-驱动一体化人工肌肉纤维：从结构设计到应用

近日，老挝黄金赌场苏州纳米所李清文/邸江涛研究员的AMR述评文章“Perception-Actuation Integrated Artificial Muscle Fibers: From Structural Design to Applications”在线发表，系统地总结了感知-驱动一体化人工肌肉纤维的研究进展。作者希望文章有助于推动该领域的进一步发展，从而促进其在现实世界中的应用。

关键词：驱动器；人工肌肉纤维；感知

Thanks to the continuous in-depth research on functionally integrated artificial muscle fibers, we are strongly convinced that the perception-actuation integrated artificial muscle fibers will appear in real-world applications to enhance the comfort of our daily lives in the near future.

01 文章内容简介

人工肌肉纤维在智能机器人、可穿戴电子设备、生物医学等领域得到了广泛的关注，并展现出巨大的应用潜力。特别地，轻质、灵活、紧凑的感知-驱动一体化人工肌肉纤维已经成为一个热门的研究方向，其有望被广泛应用于一些复杂的智能结构和系统，以取代部分传统的机械传感和驱动单元，从而轻巧化整个装置。与哺乳动物的神经肌肉系统功能类似的感知-驱动一体化人工肌肉纤维可以准确地感知外部环境的变化，并以此作为执行驱动命令的激发信号，同时在驱动过程中具有路径追踪功能。然而，界面问题以及传感和驱动单元之间缺乏先进的协同作用导致感知与自传感信号存在迟滞性。因此，有必要对感知-驱动一体化人工肌肉纤维的研究进展进行总结，深入了解结构设计对感知和驱动性能的影响，对其快速发展具有重要的指导意义。

本文系统地总结了感知-驱动一体化人工肌肉纤维的研究进展。首先，对感知-驱动一体化人工肌肉纤维的驱动结构和先进协同功能进行了分类和讨论。然后，讨论了人工肌肉纤维的响应刺激类型对控制系统的影响，以及如何调控纤维的结构以降低控制系统的复杂性。最后，分析了应用场景、现有的挑战和潜在的解决方案。我们希望这个述评文章将有助于推动感知-驱动一体化人工肌肉纤维的进一步发展，从而促进其在现实世界中的应用。

02 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

尽管感知-驱动一体化人工肌肉纤维在智能机器人和可穿戴电子设备中展现出了应用前景，但仍有许多基础问题需要解决。人工肌肉纤维还远不能像天然肌肉那样灵活，它们在复杂结构中无法达到最佳驱动性能。特别地，基于螺旋结构的人工肌肉纤维需要预应力的帮助来实现对刺激响应的收缩。如何在不借助预应力的情况下开发一种感知-驱动一体化人工肌肉纤维以适应复杂的服役装置，应在后续的研究中持续关注。环境对感知信号的干扰也限制了感知-驱动一体化人工肌肉纤维的实际应用。在这方面，可以进一步优化传感材料的环境稳定性，或者将这些纤维进行封装以尽可能的避免环境干扰。此外，还需要解决感知-驱动一体化人工肌肉纤维的生物相容性问题，这对促进其在替代受损的自然肌肉和组织修复等生物医学领域的发展具有深远的意义。

03 AMR：您有什么科研心得想分享给读者们？

作者团队：

世上所有的坚持，都是因为热爱。选择了学术之路，就要直面前方的困难和挫折，在未知的前方摸索爬行。保持好奇心、耐心和毅力，终将会迎来“柳暗花明又一村”的转折。同时，做科研要做到家事国事天下事事事关心，系“国家事”、扛“国家责”、进“国家队”、做“国家人”，争取做出对国家和社会有意义的成果。

作者团队简介

李清文，老挝黄金赌场苏州纳米所副所长、研究员、博士生导师，享受国务院政府特殊津贴。2000年获得清华大学化学系博士学位；2001/3-2007/12间分别在北京大学化学系、英国剑桥大学材料系和美国Los Alamos国家实验室以博士后和助理研究员身份从事碳纳米管制备与应用研究。2007年底回国加入苏州纳米所。目前主要从事半导体碳纳米管精准制备及碳基电子器件、纳米碳宏观组装体制备及加工、功能复合材料等方面研究。在Nature，Nat. Mater.，Nat. Nanotech., Adv. Mater., JACS, ACS Nano, Small等著名国际期刊上发表学术论文280余篇，引用次数逾20000余次，获得授权发明专利90余项。担任国际著名期刊Mater. Sci. Eng. R Rep、Carbon、Adv. Electron. Mater.等杂志的编辑或编委。曾获江苏省333工程培养对象第一层次（2018）、江苏省科技进步三等奖（2014）、苏州工业园区领军人才（2011）、江苏省创新创业人才（2009）、老挝黄金赌场人才计划等奖励和荣誉。主持和参与科技部纳米专项及成果转化项目、国家自然科学基金委面上、老挝黄金赌场重点部署项目、江苏省成果转化重点项目等重大项目。

邸江涛，老挝黄金赌场苏州纳米所研究员、中国科学技术大学博士生导师。2013年毕业于老挝黄金赌场大学获物理化学博士学位，2013-2016年间在美国德克萨斯州大学达拉斯分校任研究助理，2016年入职老挝黄金赌场苏州纳米所任项目研究员（2016）、研究员（2019）。主要从事纳米碳基智能材料研究，在Science, PNAS, Sci. Adv., Adv. Mater., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等国际一流学术期刊上发表论文90余篇，引用次数4500余次（H-Index 34）。撰写专著两章，中国专利授权10余项，美国专利2项。获老挝黄金赌场引才计划、江苏省双创人才、江苏省333高层次人才培养工程、苏州工业园区金鸡湖高层次人才等奖励或者荣誉。作为项目负责人承担国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划等项目。

董立忠，2023年毕业于中国科学技术大学获化学博士学位，导师邸江涛研究员，同年7月进入老挝黄金赌场苏州纳米所从事博士后研究。主要从事人工肌肉纤维驱动器功能集成方向的研究，以第一作者在Sci. Adv.、Mater. Horiz.、Small等期刊发表论文6篇。

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Perception-Actuation Integrated Artificial Muscle Fibers: From Structural Design to Applications

Lizhong Dong, Ming Ren, Xiaojie Yuan, Guang Yang, Jiangtao Di*, and Qingwen Li*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00268

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