在自然界中，生物體能夠感知損傷并迅速進行自我修復(fù)，這是其生存的關(guān)鍵。然而，對于機器人制造商來說，實現(xiàn)這一功能卻異常困難。為了攻克這一技術(shù)難關(guān)，研究團隊采用了生物模擬的方法，通過模仿自然界的修復(fù)機制，開發(fā)出了這種具有自我修復(fù)功能的人造肌肉。
該團隊的創(chuàng)新之處在于他們設(shè)計了一個復(fù)雜的系統(tǒng)，能夠準確識別由穿刺或極端壓力造成的損傷，并精確定位損傷位置，隨后自主啟動修復(fù)過程。在最近于亞特蘭大舉行的IEEE國際機器人與自動化大會上，他們展示了這一多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計，引起了廣泛關(guān)注。
這種人造肌肉由三層結(jié)構(gòu)組成。底層是損傷檢測層，采用柔軟的電子皮膚材料，其中嵌入了液態(tài)金屬微滴，能夠感知電流的中斷。中間層是自我修復(fù)層，采用硬質(zhì)熱塑性彈性體材料，當接收到修復(fù)信號時，能夠熔化并封閉破裂處。最上層是驅(qū)動層，通過水壓的變化實現(xiàn)肌肉的收縮與擴張。
為了實現(xiàn)無需外部干預(yù)的自我修復(fù)機制，研究人員設(shè)計了一個覆蓋整個電子皮膚的電流網(wǎng)絡(luò)。當損傷發(fā)生時，電流網(wǎng)絡(luò)中的中斷會被立即檢測到，隨后觸發(fā)修復(fù)機制，向受損區(qū)域輸送熱量，使中間層熔化并封閉傷口。這一設(shè)計使得人造肌肉能夠在受損后迅速自我修復(fù)，恢復(fù)其功能。
研究團隊還考慮到了同一區(qū)域可能再次受損的情況。他們設(shè)計了一種重置電流網(wǎng)絡(luò)的步驟，利用電遷移效應(yīng)，即電流導(dǎo)致金屬原子遷移的過程，來重置受損區(qū)域的電流網(wǎng)絡(luò)。這一創(chuàng)新使得自我修復(fù)系統(tǒng)能夠多次循環(huán)使用，大大提高了其可靠性和耐用性。
研究團隊表示，他們首先考慮將這種技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機器人領(lǐng)域。在田間作業(yè)中，農(nóng)業(yè)機器人可能會遭受到樹枝或荊棘等障礙物的損壞。這種具有自我修復(fù)功能的人造肌肉將能夠大大提高農(nóng)業(yè)機器人的耐用性和可靠性，降低維修成本。
除了農(nóng)業(yè)機器人領(lǐng)域外，研究團隊還看到了這種技術(shù)在可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備以及更廣泛的消費電子領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這種具有自我修復(fù)功能的人造肌肉有望在未來成為各種智能設(shè)備和系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，為人們的生活帶來更多便利和舒適。
