濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉纖維材料的研究進(jìn)展

王 勇 曹吉強(qiáng) 孫安彤 李長龍

（1.生物質(zhì)纖維與生態(tài)染整湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430200；2.安徽工程大學(xué)，安徽蕪湖，241000；3.東華大學(xué)，上海，201620；4.新疆大學(xué)，新疆烏魯木齊，830046）

智能材料的概念最早在1989 年由日本學(xué)者TAKAGI T 提出，是指能夠感知外界環(huán)境變化并自身作出調(diào)整的功能材料［1?2］。生物肌肉是人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，可產(chǎn)生肌肉收縮等運(yùn)動(dòng)行為［3?5］?；凇皫煼ㄗ匀弧边@一理念，仿生人工肌肉材料應(yīng)運(yùn)而生。人工肌肉（又稱為驅(qū)動(dòng)器）作為智能響應(yīng)材料的一個(gè)重要分支，能感知外界刺激（如氣壓、熱、電、光、pH、葡萄糖、濕度等）而產(chǎn)生可逆的收縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)等行為，在智能服裝、軟體機(jī)器人、醫(yī)用輔助理療等諸多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉材料以制備簡單、觸發(fā)條件溫和等諸多優(yōu)點(diǎn)而頗受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。本研究對(duì)濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉材料的驅(qū)動(dòng)原理和制備研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)分析，探討亟待解決的問題，以期為推進(jìn)研究提供參考。

1 不同驅(qū)動(dòng)模式下的人工肌肉材料

1.1 氣壓驅(qū)動(dòng)型

氣動(dòng)人工肌肉通過壓縮空氣使其產(chǎn)生形變，從而對(duì)外界產(chǎn)生輸出力和位移效應(yīng)。氣動(dòng)人工肌肉具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度較大、工作介質(zhì)無污染等優(yōu)點(diǎn)，但存在驅(qū)動(dòng)行程較小、難以精準(zhǔn)控制、便攜性有限等不足。按其結(jié)構(gòu)形式可分為編織型、網(wǎng)孔型、嵌入型和特種型［6?7］。早期發(fā)明的Mckib?ben 型氣動(dòng)人工肌肉隸屬于編織型氣動(dòng)人工肌肉的一種［8］。近年來，一些衍生結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)人工肌肉被相繼提出，如ZHU M J 等提出的一種片狀流體織物肌肉［9］；LI S G 等提出的基于壓力差驅(qū)動(dòng)的折紙式人造肌肉［10］。

1.2 熱驅(qū)動(dòng)型

熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉是指受到溫度變化而使材料形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的響應(yīng)材料。常見材料有導(dǎo)電聚合物［11］、碳納米管彈性復(fù)合材料［12］、碳納米管［13］、高聚物長絲［14］、液晶聚合物［15?16］等。按其結(jié)構(gòu)分為片層狀和纖維狀［17］。片層結(jié)構(gòu)通常由柔性電極和聚合物構(gòu)成，利用兩者間的熱膨脹系數(shù)差來實(shí)現(xiàn)材料彎曲運(yùn)動(dòng)；纖維狀結(jié)構(gòu)（螺旋線圈型）在熱驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)自由伸縮。

1.3 電驅(qū)動(dòng)型

電驅(qū)動(dòng)材料可在電流或電場刺激下產(chǎn)生力學(xué)響應(yīng)。按作用機(jī)理不同分為電子型和離子型［18］。電子型驅(qū)動(dòng)材料通過靜電作用使聚合物分子鏈重新排列，從而實(shí)現(xiàn)膨脹或收縮；離子型驅(qū)動(dòng)材料通過離子的定向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)材料的彎曲等變形。

1.4 光驅(qū)動(dòng)型

與其他刺激源相比，光可對(duì)材料實(shí)施瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)而使其產(chǎn)生彎曲運(yùn)動(dòng)，且無需與材料接觸，可有效避免因材料污染而造成的驅(qū)動(dòng)性能下降。但存在響應(yīng)速率較慢等不足，限制其大面積推廣。

1.5 pH 驅(qū)動(dòng)型

這類材料的結(jié)構(gòu)和性能在受到外部pH 改變刺激時(shí)會(huì)發(fā)生變化。例如DAI L 等制備一種木質(zhì)素水凝膠驅(qū)動(dòng)器，可在酸/堿溶液中快速、可逆地實(shí)施響應(yīng)［19］。

1.6 濕驅(qū)動(dòng)型

這類材料能夠感知外界濕度或水分變化而改變其自身結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可逆的彎曲、伸縮、旋轉(zhuǎn)等形變。按其宏觀形態(tài)分為片層狀和纖維狀兩類。該類材料以其制備簡單、環(huán)境友好、觸發(fā)條件溫和等諸多優(yōu)點(diǎn)而頗受關(guān)注。

2 濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉材料的發(fā)展

2.1 片層狀濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉

片層狀濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉主要分為兩大類：第一類對(duì)于不對(duì)稱異質(zhì)片層結(jié)構(gòu)而言，一般為雙層材料復(fù)合而成，各層材料的吸水膨脹能力存在顯著差異性。當(dāng)材料暴露于濕環(huán)境中時(shí)，吸水膨脹能力較高的一側(cè)材料會(huì)以較大的驅(qū)動(dòng)幅度向較差（或無）吸水膨脹能力的另一側(cè)彎曲；第二類對(duì)于對(duì)稱同質(zhì)片層結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)材料兩側(cè)的濕度或水分相當(dāng)時(shí)，材料會(huì)發(fā)生潤濕膨脹但無明顯的彎曲；而當(dāng)材料兩側(cè)濕度或水分差異較大時(shí)，水分子進(jìn)入材料內(nèi)部，使材料發(fā)生潤濕膨脹的同時(shí)，向濕度或水分較大一側(cè)拱起，最終可使材料發(fā)生彎曲變形。

關(guān)于不對(duì)稱異質(zhì)片層結(jié)構(gòu)濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉，LI X K 等制備具有可逆雙向濕度和近紅外光致動(dòng)能力的雙層膜［20］。一層為自組裝纖維素納米晶（CNC）膽甾相液晶層，另一層為添加具有高光熱轉(zhuǎn)換效率納米銀（AgNPs）的聚氨酯（PU）彈性體層。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器暴露于濕態(tài)環(huán)境時(shí)，CNC 層開始吸水膨脹，使其以較大驅(qū)動(dòng)幅度向非吸收性PU 層彎曲。

關(guān)于對(duì)稱同質(zhì)片層結(jié)構(gòu)濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉，YANG L Y 等采用原位自發(fā)聚合法在MXene 納米片層表面均勻修飾聚多巴胺（PDA）薄層，可有效解決該納米片抗氧化性問題。以超細(xì)化細(xì)菌纖維素納米纖維作為黏結(jié)支撐柔性基底，通過自組裝過程，獲得仿珍珠層狀結(jié)構(gòu)的濕敏型薄膜驅(qū)動(dòng)器［21］。

2.2 纖維狀濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉

受自然界中植物螺旋藤蔓和人體DNA 結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，纖維狀（又稱為螺旋線圈狀）濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉是除片層狀之外的另一種主要結(jié)構(gòu)形式，能夠在濕度和水分刺激下發(fā)生伸縮、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜形變行為。

2.2.1 伸縮型

2.2.1.1 研究情況

2015 年，LIMA M D 等將硅橡膠填充的碳納米管施加強(qiáng)捻，制備出一種螺旋卷繞型復(fù)合人工肌肉材料，該材料對(duì)己烷具有高度敏感性。通過調(diào)節(jié)外應(yīng)力，其最大收縮動(dòng)程可達(dá)50%，外應(yīng)力20 MPa時(shí)的最大收縮做功可達(dá)1 180 J/kg［22］。

2016 年，GU X G 等將碳納米管（CNT）經(jīng)過聚3，4?乙烯二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT∶PSS）溶液，制備PEDOT∶PSS@CNT 驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器在水分刺激下表現(xiàn)出優(yōu)異的收縮性。通過調(diào)節(jié)外應(yīng)力，其最大收縮動(dòng)程可達(dá)68%，外應(yīng)力39 MPa 時(shí)的最大收縮做功約為300 J/kg［23］。

2016 年，KIM S H 等在碳納米管中引入親水性聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）客體材料，制備PDDA@CNT 混合型螺旋線圈狀肌肉材料。其最大收縮動(dòng)程可達(dá)78%，最大收縮做功為2 170 J/kg。經(jīng)過循環(huán)100 次后其最大收縮動(dòng)程基本保持不變。此外，在實(shí)測(cè)水溫0 ℃～90 ℃范圍內(nèi)，濕驅(qū)動(dòng)性能與水溫?zé)o關(guān)［24］23016。

2018 年，YANG X H 等對(duì)天然棉、毛、麻等纖維施加強(qiáng)捻，利用上述纖維吸濕膨脹各向異性特性，制備出天然纖維濕驅(qū)動(dòng)肌肉。其中，棉纖維人工肌肉最大收縮動(dòng)程和收縮做功分別為16.6%和200 J/kg，羊毛纖維人工肌肉最大收縮動(dòng)程和收縮做功分別為38%和194 J/kg，麻纖維人工肌肉最大收縮動(dòng)程和收縮做功分別為11.4% 和44 J/kg［25］32262。2020 年，LI Y 等分別選用粘膠長絲和粘膠短纖紗，通過加強(qiáng)捻的方式制備出粘膠基濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉。研究表明，基于粘膠短纖紗人工肌肉的收縮能力明顯優(yōu)于長絲基人工肌肉，主要是因?yàn)槿斯ぜ∪鉂耱?qū)動(dòng)性受材料結(jié)晶度的影響，粘膠長絲的結(jié)晶度明顯高于短纖紗。粘膠短纖紗基人工肌肉的最大收縮動(dòng)程約為32.8%，外加應(yīng)力為0.75 MPa時(shí)的最大收縮做功可達(dá)110 J/kg［26］。

2018 年，JIN K Y 等通過施加強(qiáng)捻手段制備單螺旋碳納米管人工肌肉，為克服單螺旋肌肉材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等不足，采用對(duì)折自捻合法，制備出自支撐型碳納米管肌肉材料。該材料在有機(jī)溶劑如丙酮的刺激下表現(xiàn)出優(yōu)異的收縮驅(qū)動(dòng)性能，但不發(fā)生扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在外應(yīng)力為4.8 MPa 時(shí)達(dá)到最大收縮動(dòng)程13.3%，當(dāng)外應(yīng)力為9 MPa 時(shí)其收縮做功能力最大，可達(dá)847.2 J/kg［27］。

2018 年，SUN Y P 等采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)合成單臂碳納米管（SWNT）薄膜，采用改進(jìn)Hummers 方法合成氧化石墨烯（GO）。將收集有SWNT 薄膜的轉(zhuǎn)輪通過GO 溶液，自然風(fēng)干后從轉(zhuǎn)輪上剝離備用。將GO@SWNT 薄膜切成細(xì)長條帶狀，而后加捻制備成纖維狀驅(qū)動(dòng)器。研究表明：該驅(qū)動(dòng)器對(duì)水分具有敏感性，且不同直徑的驅(qū)動(dòng)器具有不同的收縮能力。伴隨著直徑的增加，其收縮動(dòng)程逐漸增加。直徑為350 μm 時(shí)收縮動(dòng)程達(dá)到最大，約為50%［28］。

2019 年，JIA T J 等制備出螺旋卷繞型蠶絲人工肌肉（直徑262 μm，彈簧指數(shù)1.8）。肌肉在接觸水分后產(chǎn)生的最大收縮動(dòng)程為3.3%，最大收縮做功為73 J/kg。通過對(duì)折自捻合法制備雙螺旋蠶絲肌肉，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過卷繞和熱定形等手段可制備蠶絲伸縮肌肉，通過改變手性、捻度、濕度等因素可以調(diào)控其驅(qū)動(dòng)性能。研究表明：濕度增加時(shí)，同手性肌肉產(chǎn)生收縮，而異手性肌肉伸長。當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度從20%變化至90%時(shí)，其最大收縮動(dòng)程達(dá)70%［29］1808241.9。2020 年，HU X Y 等研究發(fā)現(xiàn)，通過改變手性、捻度、濕度、彈簧指數(shù)等因素可調(diào)控竹纖維伸縮肌肉的濕驅(qū)動(dòng)性能，同手性肌肉的最大收縮動(dòng)程為50%，而收縮做功僅為1.08 J/kg［30］118103.6。

2021 年，WANG Y 等從荷花桿中直接抽絲得到直徑約為20 μm 的條帶狀荷花纖維，對(duì)荷花纖維加強(qiáng)捻后可制得高效濕度/水分響應(yīng)的伸縮型人工肌肉。通過調(diào)節(jié)外加應(yīng)力，其最大收縮沖程可達(dá)33%，外加應(yīng)力為20 MPa 時(shí)的最大收縮做功能力約為392 J/kg。經(jīng)表面親水改性后，其最大收縮沖程和最大收縮做功可達(dá)38% 和450 J/kg［31］6646。

2021 年，WANG Y 等基于純亞麻紗線，通過調(diào)節(jié)制備過程中紗線合股數(shù)和懸掛重錘質(zhì)量等參數(shù)，得出不同條件下對(duì)應(yīng)的臨界捻度值，對(duì)后續(xù)紡制結(jié)構(gòu)成形良好的純亞麻紗伸縮型人工肌肉提供基礎(chǔ)。研究表明，單螺旋人工肌肉最大收縮沖程可達(dá)24.1%，最大收縮做功為111.4 J/kg。進(jìn)一步采用對(duì)折自捻合法制備出自平衡型雙螺旋人工肌肉，最大收縮動(dòng)程約為18.2 %［32］075031。

伸縮型材料的濕驅(qū)動(dòng)性能受原材料種類、肌肉構(gòu)型（如單螺旋型、對(duì)折自捻合雙螺旋型、中空芯軸型）、負(fù)載等諸多因素的綜合影響，不同條件下的輸出參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。

2.2.1.2 伸縮型肌肉常見的結(jié)構(gòu)及濕驅(qū)動(dòng)機(jī)制

單螺旋型人工肌肉是最基礎(chǔ)的類型，是指對(duì)制備肌肉所用原料（既可為同種材料也可為混合型材料）施加強(qiáng)捻（S 捻或Z 捻），最終加工成螺旋線圈狀。其優(yōu)點(diǎn)是加工裝置和制備工序簡單，缺點(diǎn)是該類型肌肉在自然狀態(tài)下會(huì)發(fā)生一定程度的退捻，故在后續(xù)使用時(shí)需將其兩端固定以防止其發(fā)生解捻行為。該類型肌肉的濕驅(qū)動(dòng)機(jī)制：親水基團(tuán)的作用是影響材料吸濕性最本質(zhì)的因素。以天然纖維原料為例，其內(nèi)部存在極性基團(tuán)。纖維吸濕后，其橫向膨脹大于縱向膨脹，表現(xiàn)出顯著的各向異性特征。螺旋狀的纖維紗線可將徑向面的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向面的收縮，從而形成伸縮驅(qū)動(dòng)。

對(duì)折自捻合型雙螺旋人工肌肉，先是將纖維施加強(qiáng)捻加工成單螺旋線圈狀，再在其中間位置處對(duì)折，會(huì)自動(dòng)發(fā)生反向捻合，最終形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。該類型人工肌肉在自然狀態(tài)下可以抵消單股人工肌肉所產(chǎn)生的扭矩，最終使材料在濕驅(qū)動(dòng)下不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形而僅發(fā)生長度方向的自由伸縮。

中空芯軸型人工肌肉，是在材料加捻后即將卷曲時(shí)，利用一個(gè)大直徑的芯軸把肌肉做成中空結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在制作時(shí)需要注意解旋問題，即在加捻完成后必須進(jìn)行初次熱定形，然后再卷繞在芯軸上作再次熱定形。該類人工肌肉結(jié)構(gòu)中存在更大的線圈間隙，可為收縮提供更大的運(yùn)動(dòng)空間，使收縮率大大提升，但其負(fù)載能力明顯降低［33］。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)型

2.2.2.1 研究情況

2015 年，HE S S 等用高取向度的碳納米管加捻成扭曲纖維，用氧等離子對(duì)其表面進(jìn)行親水改性。將多根親水處理后的碳納米管纖維施加過量捻度，制備出具有多級(jí)結(jié)構(gòu)特征的碳納米管人工肌肉，纖維表面嫁接的羥基和纖維之間的溝壑有利于水分子的吸附和肌肉的快速驅(qū)動(dòng)響應(yīng)。試驗(yàn)表明，該肌肉在高濕態(tài)（相對(duì)濕度80%以上）環(huán)境下產(chǎn)生22.8 MPa 的收縮應(yīng)力。與水接觸后可產(chǎn)生瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)170.3 r/min［34］。

2019 年，JIA T J 等通過對(duì)蠶絲纖維加捻后以對(duì)折自捻合的方式制備了雙螺旋蠶絲扭轉(zhuǎn)肌肉。當(dāng)暴露在水霧高濕態(tài)環(huán)境中時(shí)，蠶絲扭轉(zhuǎn)肌肉可以提供完全可逆的扭轉(zhuǎn)動(dòng)程，最大旋轉(zhuǎn)速度和扭轉(zhuǎn)動(dòng)程分別為1 125 r/min 和547°/mm。經(jīng)過500次循環(huán)后仍保持良好的驅(qū)動(dòng)性能［29］1808241.6。2020年，LI Y Y 等采用對(duì)折自捻合法，調(diào)節(jié)捻度和合股數(shù)等因素，制備一系列棉纖維雙螺旋濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉。當(dāng)暴露在濕態(tài)環(huán)境中時(shí)，可產(chǎn)生的最大扭轉(zhuǎn)速度和扭轉(zhuǎn)動(dòng)程分別為720 r/min 和42.55°/mm［35］。同樣地，竹纖維扭轉(zhuǎn)肌肉的最大扭轉(zhuǎn)動(dòng)程可達(dá)64.4°/mm［30］118103.8。

2020 年，LIN S H 等采用對(duì)折自捻合法制備純蠶絲扭轉(zhuǎn)肌肉。通過改變蠶絲合股數(shù)等參數(shù)可調(diào)控其濕驅(qū)動(dòng)性能。該肌肉可在4.8 s 內(nèi)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速1 030 r/min［36］1902743。

2020 年，HUANG L B 等對(duì)聚酰胺?6 靜電紡纖維施加強(qiáng)捻制備出螺旋線圈狀人工肌肉。該材料在有機(jī)溶劑如二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、四氫呋喃、乙醇等的刺激下表現(xiàn)出優(yōu)異的旋轉(zhuǎn)性能，其中二氯甲烷的敏感性最高，其轉(zhuǎn)速約為200 r/min。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，最大轉(zhuǎn)速與肌肉的直徑、長度、懸掛質(zhì)量等因素密切相關(guān)［37］。

2021 年，WANG Y 等從荷花桿中直接抽絲得到直徑約為20 μm 的條帶狀荷花纖維，采用強(qiáng)捻?自捻合法，最終制得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的類股線旋轉(zhuǎn)型人工肌肉。通過優(yōu)化捻度，旋轉(zhuǎn)人工肌肉最大旋轉(zhuǎn)動(dòng)程可達(dá)200°/mm，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)200 r/min，具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性［31］6644。

旋轉(zhuǎn)型肌肉材料的濕驅(qū)動(dòng)性能同樣受原材料種類、肌肉構(gòu)型（如對(duì)折自捻合雙螺旋型、單螺旋型等）、負(fù)載等諸多因素的綜合影響。

2.2.2.2 旋轉(zhuǎn)型肌肉常見結(jié)構(gòu)及濕驅(qū)動(dòng)機(jī)制

旋轉(zhuǎn)型濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉常見結(jié)構(gòu)有單螺旋型和對(duì)折自捻合型。對(duì)折自捻合雙螺旋人工肌肉結(jié)構(gòu)的成形方法：對(duì)纖維原料施加一定的捻度后停止加捻，該結(jié)構(gòu)在自然狀態(tài)下不穩(wěn)定并且趨于解捻，故將加捻的纖維從其中間處對(duì)折，兩股加捻纖維會(huì)自動(dòng)捻合在一起，其自捻合方向與纖維加捻方向相反，最終可得到力矩平衡的具有雙螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)型濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉。其中，自捻合密度與纖維初始加捻密度密切相關(guān)，呈正相關(guān)。在濕態(tài)下，旋轉(zhuǎn)肌肉的每股單螺旋纖維都會(huì)發(fā)生體積膨脹產(chǎn)生解捻現(xiàn)象，使得兩個(gè)單螺旋纖維同時(shí)向解捻方向扭轉(zhuǎn)，將會(huì)導(dǎo)致這兩股纖維更加緊密地捻合在一起，而水分蒸發(fā)后（干態(tài)）則相反［38］41。單螺旋旋轉(zhuǎn)型人工肌肉結(jié)構(gòu)在濕度刺激下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變化，是由于在濕態(tài)環(huán)境下纖維集合體發(fā)生體積膨脹而產(chǎn)生解螺旋導(dǎo)致的。

3 濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉材料的應(yīng)用

濕驅(qū)動(dòng)仿生人工肌肉具有環(huán)境友好特性，無需外界施加能量，僅需濕氣/水分刺激即可實(shí)現(xiàn)“自驅(qū)動(dòng)”，近年來頗受關(guān)注。相比于片層狀肌肉材料而言，纖維狀肌肉材料制備工序簡單，僅需通過傳統(tǒng)加捻紡紗技術(shù)即可成形，具有廣泛的應(yīng)用前景。

（1）工業(yè)用機(jī)械臂。將單螺旋麻纖維肌肉與模型挖掘機(jī)相組合，制作工業(yè)用機(jī)械臂，其在濕/干態(tài)環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)可逆伸縮，模擬鏟斗的提升運(yùn)動(dòng)［32］075031。將荷花纖維人工肌肉集成到人造手臂上，可在30 s 內(nèi)將上臂和前臂夾角縮小40°［31］6647。

（2）智能通風(fēng)換氣窗戶，可調(diào)節(jié)窗戶的打開與閉合。KIM S H 等設(shè)計(jì)一種通風(fēng)系統(tǒng)，上面的擋板固定在頂板上，下面的擋板連接到肌肉末端。當(dāng)濕度增加時(shí)，肌肉收縮帶動(dòng)擋板上升，反之則下降［24］23016。

（3）“可呼吸”服裝面料可實(shí)現(xiàn)服裝溫度調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)改善穿著舒適性。YANG X H 等設(shè)計(jì)了一種濕度敏感的織物結(jié)構(gòu)，可根據(jù)個(gè)人出汗情況迅速、可逆地改變其孔隙率。當(dāng)穿著者出汗時(shí)，氣孔遇水膨脹打開，增加了織物透氣性［25］32263。

（4）促進(jìn)傷口愈合的醫(yī)用輔助裝置。將雙螺旋蠶絲肌肉貼附在傷口表面，在濕態(tài)環(huán)境下，傷口會(huì)逐漸貼合在一起，以達(dá)到促進(jìn)傷口愈合的目的［36］1902743。

（5）天然濕度計(jì)。利用中空芯軸型同手性蠶絲伸縮肌肉在不同相對(duì)濕度氛圍下的收縮長度不同，標(biāo)記不同長度所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度值，環(huán)保實(shí)用［38］66。

4 結(jié)語

濕驅(qū)動(dòng)仿生肌肉材料發(fā)展日趨成熟，性能不斷提升，今后還需要從以下方面不斷深入研究。一是開發(fā)具有多重刺激響應(yīng)的人工肌肉材料。目前單一驅(qū)動(dòng)人工肌肉材料的制備已相對(duì)成熟，將不同材料進(jìn)行組合以及采取不同的制備方式以實(shí)現(xiàn)不同模式的驅(qū)動(dòng)性能，值得深究。二是濕驅(qū)動(dòng)肌肉材料回程干燥技術(shù)的集成一體化。目前主要通過自然風(fēng)干或電熱槍等方式使?jié)駪B(tài)肌肉干燥，控制精度較低。如何將電加熱材料集成到肌肉中，通過焦耳熱方式對(duì)材料實(shí)施返程精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，提升濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉的回程速率值得關(guān)注。三是仿生人工肌肉濕驅(qū)動(dòng)耐久性的提升。目前制備的大多數(shù)濕驅(qū)動(dòng)肌肉在循環(huán)使用情況下會(huì)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，如何降低或消除肌肉的疲勞效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效耐久性的往復(fù)驅(qū)動(dòng)性能有待解決。四是進(jìn)一步拓展纖維狀濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉材料結(jié)構(gòu)的多樣性，并通過機(jī)織、針織、編織等加工手段集成智能紡織品，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，以期進(jìn)一步提升其綜合驅(qū)動(dòng)性能。