人造肌肉是一项不断进步的技术，有一天它可能使机器人像生物体一样工作。这些肌肉为机器人如何塑造我们周围的世界开辟了新的可能性，从可以重新定义我们在老年时的身体能力的辅助可穿戴设备，到可以在废墟中寻找失踪者的救援机器人。但是，仅仅因为人造肌肉在使用过程中会产生强烈的社会影响，并不意味着它们在使用后必须对环境产生不良的影响。

软机器人的可持续性主题现在已经被来自德国斯图加特的Max Planck智能系统研究所(MPI-IS)、林茨(奥地利)的约翰内斯·开普勒大学(JKU)和科罗拉多大学(CU Boulder)博尔德(美国)的一个国际研究团队所关注。

这些科学家们合作设计了一种基于明胶、油和生物塑料的完全可生物降解的高性能人造肌肉。他们展示了这种生物可降解技术的潜力，用它来制作机器人抓手，这在一次性使用中尤其有用，比如垃圾收集。在生命结束时，这些人造肌肉可以被丢弃在市政堆肥箱中；在监测条件下，它们能在六个月内完全实现生物降解。

“我们看到在加速发展的软机器人领域迫切需要可持续材料。生物可降解部件可以提供一种可持续的解决方案，特别是对于一次性应用，如医疗手术，搜索和救援任务，以及危险物质的操作。未来的机器人可以成为未来植物生长的堆肥，而不是在产品寿命结束时堆积在垃圾填埋场，”来自科罗拉多大学博尔德分校科学家Ellen Rumley说，她在MPI-IS的机器人材料部门工作。

视频链接：https://youtu.be/qoqePU0qRC8

具体来说，研究团队制造了一种名为HASEL的电驱动人造肌肉。从本质上讲，HASEL是充满油的塑料袋，部分被一对称为电极的导体覆盖。在电极对上施加高压会导致相反的电荷在它们上积聚，在它们之间产生一种力，将油推到袋中的无电极区域，这种油脂迁移导致眼袋收缩，就像真正的肌肉一样。

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HASEL变形的关键要求是组成塑料袋和油的材料是电绝缘体，可以承受带电电极产生的高电应力。

该项目的挑战之一是开发一种导电、柔软、完全可生物降解的电极，约翰内斯开普勒大学的研究人员创造了一种基于生物聚合物明胶和盐的混合物的配方，可以直接浇铸在HASEL执行器上。

“对我们来说，制造适合这些高性能应用的电极非常重要，但要有现成的组件和易于实现的制造策略。由于我们提出的配方可以很容易地集成到各种类型的电驱动系统中，它可以作为未来生物可降解应用的构建块，”David Preninger说，他是该项目的共同第一作者，也是JKU软物质物理部的科学家。

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下一步是寻找合适的可生物降解塑料。对于这类材料，工程师主要关注的是降解率或机械强度等性能，而不是电绝缘;这是对工作电压为几千伏的HASEL的要求。

尽管如此，一些生物塑料显示出与明胶电极良好的材料兼容性和足够的电绝缘。HASEL由一种特定的材料组合制成，甚至能够在几千伏特的电压下承受10万次驱动循环，没有电气故障或性能损失的迹象。这些可生物降解的人造肌肉在机电方面与不可生物降解的人造肌肉竞争，这是促进人造肌肉技术可持续发展的一个令人兴奋的结果。

降解水平

Ellen Rumley继续说：“通过展示这种新材料系统的出色性能，我们激励机器人界考虑将可生物降解材料作为建造机器人的可行材料选择，我们在生物塑料上取得了如此巨大的成果，这一事实也有望激励其他材料科学家创造出具有最佳电性能的新材料。”

随着绿色技术的日益普及，该团队的研究项目是迈向软机器人范式转变的重要一步，使用可生物降解材料制造人造肌肉只是为可持续机器人技术铺平未来的第一步。

参考链接：https://techxplore.com/news/2023-03-biodegradable-artificial-muscles-green-field.html