自从工业革命以来，人类发明了内燃机、电机、气动或液压等动力装置，极大推动了人类文明的发展和进步。然而，生物体则采用肌肉纤维作为动力装置从而获得致动的效果。人工肌肉是在外界刺激下可获得伸缩或旋转等运动形式的单组分材料或器件。模拟生物肌肉，制备同时实现感知、驱动与控制的智能人工肌肉，是最近科学家致力于研究的热点课题。

近日，武汉纺织大学先进纤维及其集合体加工技术课题组与迪肯大学、华中科技大学合作，受骨骼肌和皮肤的启发，结合纺织编织技术和分层制造方法，制备了一种新型多模态本体触感式气动人工肌肉纱线（图1）。

图1.生物和本体触感式人工肌肉系统示意图

肌肉纱线通过充入压缩气体，使橡胶管产生径向膨胀，实现轴向收缩驱动。而收缩过程中，层级编织结构中的PPY层断裂与重构会引起电阻变化。因此通过测量电阻的大小实现了监测肌肉长度、输出力的变化。此外，橡胶管表面的导电网络会因施加的压力而断裂，引起电阻增加，类似皮肤一样监测外部压力（图2）。该研究设计的人工肌肉纱线为制备新型智能执行器和软体机器人提供了新的设计策略。

图2.人工肌肉纱线作为应变、压力传感器和自监测柔性执行器

该成果以Multi-sensorized pneumatic artificial muscle yarns为题发表在Chemical Engineering Journal上，DOI：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137241。论文第一作者是迪肯大学博士研究生付驰宇，通讯作者为迪肯大学王训该教授、华中科技大学苏彬教授和武汉纺织大学徐卫林院士团队的夏治刚教授。该项工作得到了湖北省重点研发计划等科研项目的资助。