人造肌肉将为未来的软机器人和可穿戴设备提供动力。但是为了设计和建造新的设备，我们需要更多地了解这些强大结构的底层机制。
现在，哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经发现了人造肌肉纤维的一些基本物理特性。
“丝薄柔软,可以很容易地伸展、弯曲、扭转或剪切能力极端变形导致喜欢,braid-like或环结构很容易储存或释放的能量,”l·马哈德文表示,英格兰洛拉de Valpine应用数学教授,有机和进化生物学和物理学。最近，一些实验小组已经利用这一点来制造典型的人造肌肉纤维。但在这一过程中，这些细长纤维的拓扑结构、几何结构和力学机制是如何结合在一起的还不完全清楚。我们的研究解释了这些形状转换背后的理论原理，并阐明了基本的设计原则。”
这篇论文的第一作者、应用数学博士生尼古拉斯·查尔斯(Nicholas Charles)说:“软纤维是肌肉的基本单位，可以用于从机器人到能对热或湿度等刺激做出反应的智能纺织品等各种领域。”“如果我们能理解这个体系，可能性是无限的。我们的工作解释了柔软、强拉伸和扭曲纤维的复杂形态，并为最佳设计提供指导。”
这项研究发表在《物理评论快报》上。
软纤维，或细丝，可以拉伸、剪切、弯曲或扭曲。这些不同的动作是如何相互作用形成结、辫和螺旋的，这对软致动器的设计很重要。想象一下把橡皮筋尽可能地拉紧。随着螺旋越来越紧，部分带子会跳出平面，开始缠绕成一个线圈或结。这些线圈和环，在正确的形式，可以用来驱动打结纤维。
研究人员发现，不同程度的拉伸和扭曲会导致不同类型的复杂非平面形状。他们描述了哪些形状会导致扭曲的线圈，哪些形状会导致紧密的线圈，以及哪些形状会导致这两者的混合。他们发现预拉伸对线圈的形成很重要，因为这些形状在拉伸下是最稳定的，并模拟了如何使用这些线圈来产生机械功。
查尔斯说:“这项研究为我们提供了一种简单的方法来预测柔软的细丝对扭转和拉伸的反应。”
Mahadevan说:“展望未来，我们的工作也可能与其他情况有关，比如头发卷曲、聚合物动力学以及太阳和其他恒星的磁场线动力学。”
这项研究是由Mattia Gazzola共同撰写的，他是伊利诺斯大学机械科学与工程的助理教授，也是这个小组的前成员。它部分得到了国家科学基金会的支持。
——文章发布于2019年11月15日
