仿生学：人造肌肉中的能量存储与转化
人工肌肉的分类
人工肌肉的分类
人工肌肉是一种仿生材料，可以模拟人类肌肉的功能和特性。
根据其材料和工作原理的不同，人工肌肉可以分为几个不同的分类。
第一类是电致动人工肌肉，它是利用电能来激活和控制的。
这种人工肌肉通常由柔性导电材料制成，如碳纳米管或导电聚合物。
当电流通过它们时，导电材料会收缩或膨胀，从而模拟真实肌肉的运动。
电致动人工肌肉具有响应速度快、力量大、可控性强的特点，因此在机器人和智能装置等领域有广泛的应用。
第二类是化学反应人工肌肉，它是通过化学反应来实现肌肉运动。
这种人工肌肉通常由柔性聚合物或液体晶体材料制成。
当外部刺激物如光、温度或化学物质作用于它们时，材料会发生化学反应，从而引起收缩或膨胀。
化学反应人工肌肉具有灵敏度高、反应速度快的特点，可广泛应用于微机器人和医疗领域。
第三类是气动人工肌肉，它是利用气体或液体的压力来驱动的。
这种人工肌肉通常由柔性气囊或膜片制成，当气体或液体通过它们时，会引起肌肉的收缩或膨胀。
气动人工肌肉具有响应速度快、力量大的特点，常用于机器人和航空航天等领域。
第四类是形状记忆人工肌肉，它是利用特殊的合金或聚合物材料来实现肌肉运动。
这种人工肌肉具有记忆形状的特性，当受到外界刺激时，材料可以自动回复到其原始形状。
形状记忆人工肌肉具有自
修复能力和长期稳定性，广泛应用于医疗领域。
以上是几种常见的人工肌肉分类，每一类都有其独特的特点和应用领域。
人工肌肉的发展将为机器人技术、生物医学工程和智能装置等领域带来更大的创新和进步。
未来，随着科学技术的不断发展，人工肌肉的应用前景将变得更加广阔。
生物能量储存形式及其转换过程
生物能量储存形式及其转换过程生命活动需要大量的能量来维持，而这些能量主要来自于食物。
生物体需要将食物中的化学能转化为生物能，再将其储存下来。
不同生物体的能量储存形式和转换过程也有所不同。
1.生物能的储存形式生物能的主要储存形式有三种：ATP、糖和脂肪。
ATP(腺苷三磷酸)是一种高能化合物，是细胞内主要的能量分子。
当食物中的化学能被转换为生物能时，它也被储存到ATP中。
ATP的储存能力很小，但其释放能量的速度非常快，因此它是人体能量补充的主要方式。
ATP的合成需要能量输入，常见的合成方式有糖原和脂肪酸分解途径。
糖是一种含有较高能量的分子，它是人体主要的燃料之一。
人体储存糖的方式多种多样，其中最主要的是肝内和肌肉内的糖原。
糖原的形式与淀粉类似，但其结构较为复杂，能够更容易地分解为糖分子以供身体使用。
脂肪是一种能量含量非常高的分子，可以提供长时间的稳定能量。
脂肪的主要储存形式有三种：葡萄糖，三酸甘油酯和胆固醇酯。
其中，三酸甘油酯是最重要的存储形式，在脂肪细胞中形成“脂肪滴”，提供动物长时间的能量支持。
2.生物能的转换过程生物能的转换过程有两个基本规则：一是能量可以从一种形式转换为另一种形式，但不可消失；二是越高级的生物体，所需的养分越丰富，产生的废物也越多。
一个完整的生物能转换过程通常包括三个步骤：消化、吸收和新陈代谢。
消化是指细胞将食物中的大分子物质分解成小分子物质的过程。
消化过程中涉及到多种酶的作用，例如唾液酶、胃酸和胰腺酶等。
这些酶将食物中的蛋白质、碳水化合物和脂肪分解成小分子营养物质。
吸收是指小分子营养物质通过肠道黏膜被吸收到血液中的过程。
小肠是吸收营养物质的主要器官，其中对于多种营养物质的吸收具有专门的细胞组织。
例如，葡萄糖通过肠道上皮细胞的胰岛素介导进行吸收；氨基酸通过多种载体进行吸收。
新陈代谢是指营养物质和氧气在细胞内进行反应，最终产生能量和废物的过程。
新陈代谢过程包括两种类型反应：分解代谢和合成代谢。
人工肌肉的研究和应用
人工肌肉的研究和应用一、引言人工肌肉这个概念，通常会被大家想象成一些奇特的机器人手臂或腿部，但其实除了这些传统的想法，人工肌肉还有着广泛的应用场景。
随着科技的不断发展，人工肌肉正逐渐演化为一种新型材料，拥有越来越多的实用性和市场价值。
本文将阐述人工肌肉的相关研究和具体应用，旨在提供对其发展和前景的了解和认识。
二、人工肌肉的定义和基本原理首先我们要明确，人工肌肉是一种由活性聚合物、电致活性材料或其他可能形成收缩延伸运动的元件构成的新型材料。
在这些材料中，电致活性材料尤其是电致致动聚合物材料是最常见的。
这类材料在感受到电压或电场时会发生体积变化，产生与真正的肌肉相似的运动，因此被称作“人工肌肉”。
其基本原理是，当这种材料受到电场激发时，会引起材料及其表面的体积变化，从而通过这一运动效应，在不同的应用领域发挥出各种不同的功能。
人工肌肉的许多特点和特性，如柔软可塑、可逆损伤、自愈能力强等，与真正的生物肌肉十分类似。
三、人工肌肉的应用针对不同的应用场景，人工肌肉可以被制成不同形态的机器人元件，例如灵活的手指、腿部的关节、甚至是更复杂的生物内科学工具。
下面，我们将详细讨论人工肌肉的现有和潜在的几个应用领域。
1.仿生机器人人工肌肉作为一种替代传统机器人的重要材料，可以被广泛的应用在现代仿生机器人的设计中。
比如，在机器人手臂中，人工肌肉能够比传统机器人手臂更加灵活地模拟人的手部运动，让机器人能够更好地模拟人的动作，或者实现更高的精准度和复杂性。
这些机器人可以在医疗、教育、工程等领域中发挥出巨大的作用。
2.医疗器械人工肌肉还可以应用于制作医疗器械，医用人工肌肉在仿真医学领域具有潜在的应用价值。
例如，人工心脏中应用电致活性材料的人工肌肉能够更好地模拟正常的心脏肌肉收缩和松弛，与当前的心脏辅助装置的机械结构相比，更为生理学的模拟可能会带来更好的治疗效果和患者的生活质量。
此外，在手术器械和生物传感器等领域中，人工肌肉也有着广泛的应用前景。
仿生人工肌肉讲解
仿生人工肌肉分类：学科建设| 标签：驱动材料聚合物弹性体机械2011-02-19 17:11阅读(?)评论(1)自古以来, 自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
20 世纪中期, 人们越来越深刻认识到大自然的启发对于开发新材料和新技术的重要性, 从而提出仿生学概念并建立仿生学这一学科。
随着研究的发展, 仿生学已成为自然科学的一个前沿和焦点。
进入21 世纪以来, 随着机器人开发的不断深入以及人们对智能机械系统的强烈需求, 作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生领域的研究重点。
电活性聚合物驱动器具有应变高、柔软性好、质轻、无噪声等特点, 与肌肉有着极为相似的特性, 甚至在一些方面的性能已经超过了肌肉, 被公认为是最合适的仿肌肉材料, 称之为/ 人工肌肉。
近二十年来, 在电活性聚合物驱动材料方面取得的研究进展使得仿生的/ 人工肌肉研究得以飞速发展Progress in Biomimetic Electroactive Polymer Artificial Muscles。
肌肉是生物学上可收缩的组织, 具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动以及自修复功能, 一直以来就是研究者开发驱动器灵感的来源, 人类很早就致力于仿生物肌肉的/人工肌肉研发。
上世纪50 年代, McKibben 首次研制了气动驱动器, 并发展成为商业上的McKibben 驱动器[1] , 但是作为人工肌肉材料, McKibben 驱动器体积大, 而且受到辅助系统的限制。
形状记忆合金也被尝试用作人工肌肉材料[ 2] , 与同时代的驱动材料相比, 具有高能量密度和低比重等特点, 但同样存在许多不利因素, 如形变不可预知性, 响应速度慢以及使用尺寸受限等, 这些都制约了其在人工肌肉材料方面的发展。
电活性陶瓷是人工肌肉的另一个备选材料, 其响应速度较形状记忆合金快, 但是脆性大, 只能获得小于1% 的应变[ 3] 。
肌肉供能方式
肌肉供能方式
肌肉的供能方式主要有三种：无氧酵解、有氧氧化和磷酸肌酸系统。
1. 无氧酵解：在高强度、短时间的运动中，肌肉主要依靠无氧酵解来提供能量。
这个过程不需要氧气，能够迅速生成ATP（三磷酸腺苷）来满足肌肉的能量需求。
然而，无氧酵解会产生乳酸，当乳酸积累到一定程度时，会导致肌肉疲劳。
2. 有氧氧化：在长时间、低至中等强度的运动中，肌肉主要通过有氧氧化来供能。
这个过程需要氧气参与，通过氧化葡萄糖、脂肪和氨基酸来产生ATP。
有氧氧化能够持续产生能量，但相对于无氧酵解来说，速度较慢。
3. 磷酸肌酸系统：磷酸肌酸是肌肉中的一种能量储存分子，它可以转化为ATP以供给肌肉使用。
在高强度、短时间的爆发性运动中，磷酸肌酸能够迅速分解生成ATP，为肌肉提供能量。
然而，磷酸肌酸储备有限，只能支持短时间的高强度运动。
需要注意的是，不同强度和持续时间的运动会导致肌肉在这三种供能方式之间的转换。
在训练中，适当的营养和训练方法可以促进肌肉供能系统的适应和提高。
人造肌肉的工作原理及其在仿生机器人中的应用
人造肌肉的工作原理及其在仿生机器人中的应用人造肌肉是一种模拟人类肌肉运动的装置，具有强大的收缩和伸展能力，可用于多个领域，尤其是在仿生机器人中。
本文将介绍人造肌肉的工作原理以及在仿生机器人领域中的应用。
一、人造肌肉的工作原理1. 弹性材料人造肌肉通常由弹性材料制成，如合成聚合物或金属合金。
这些材料具有高度可塑性，能够承受大范围的伸缩变形。
2. 激发机制人造肌肉的激发机制类似于人体肌肉。
通过外部刺激，如电流、气压或热能，可以引起人造肌肉的收缩或伸展。
3. 收缩和伸展人造肌肉的收缩和伸展是通过控制输入的激发信号来实现的。
激发信号的类型和强度决定了人造肌肉的运动方式和幅度。
二、人造肌肉在仿生机器人中的应用1. 动力学人造肌肉在仿生机器人中扮演着关键的角色。
通过在机器人的关节和肌肉系统中应用人造肌肉，可以实现更精确和流畅的运动。
机器人可以模仿人类肌肉的收缩和伸展，使得其运动更加自然。
2. 机械臂人造肌肉在机械臂中的应用是非常广泛的。
机械臂可以使用人造肌肉来完成精密的动作，比如抓取和搬运物体。
人造肌肉具有较高的柔韧性和力量，可以适应不同形状和重量的物体。
3. 步行机器人步行机器人是仿生机器人领域中的一个重要研究方向。
人造肌肉被广泛应用于步行机器人的腿部系统中，可以模拟人类的步态和运动方式。
通过调节人造肌肉的收缩和伸展，步行机器人可以实现平稳的行走和灵活的动作。
4. 医疗辅助人造肌肉还可以应用于医疗领域，用于辅助康复训练和肢体功能的恢复。
人造肌肉可以模拟人体肌肉的运动，并根据患者的需要进行调节。
通过与人体肌肉的交互作用，可以帮助患者恢复肌肉功能和日常活动能力。
5. 灵巧操作人造肌肉的特性使得其在灵巧操作中有广泛应用的潜力。
比如在手术机器人中，人造肌肉可以用于进行高精确度的手术操作，提高手术的成功率和准确性。
三、结论人造肌肉作为一种模拟人体肌肉运动的装置，具有广泛的应用前景。
其工作原理基于弹性材料和激发机制，通过控制输入信号实现收缩和伸展。
人工肌肉技术及其未来发展趋势
人工肌肉技术及其未来发展趋势人工肌肉技术是一种模仿人体肌肉结构和功能的新兴技术，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，人工肌肉技术已经取得了许多突破，并在医疗、机器人、智能材料等领域展示出巨大的潜力。
本文将重点探讨人工肌肉技术的原理、应用以及未来发展趋势。
首先，人工肌肉技术是通过模仿人体肌肉的结构和运动原理来实现的。
人体肌肉由肌纤维束组成，能够通过收缩和舒张产生力量。
而人工肌肉也是由类似结构的纤维束组成，通过施加电流或改变温度等外部刺激来实现收缩和舒张，从而产生力量。
这种技术利用了聚合物、金属合金等材料的特性，在形态和功能上模拟了肌肉组织。
人工肌肉技术的应用前景广阔。
在医疗领域，人工肌肉可以用于辅助肢体康复和替代失去功能的组织，为残疾人提供更多的运动自由度。
此外，人工肌肉还可以用于仿真手术设备的开发，提高手术的准确性和安全性。
在机器人领域，人工肌肉可以赋予机器人更加精细的运动控制能力，使机器人在协作、搬运等任务中更加灵活高效。
智能材料领域，人工肌肉技术也可以用于开发自适应材料，如能够根据环境变化自动调整形态和功能的智能材料。
未来发展趋势来看，人工肌肉技术将朝着更高效、更稳定和更智能的方向发展。
首先，人工肌肉的能量转换效率仍有提升空间。
目前的人工肌肉技术主要依赖于外部能源输入，如电流或温度变化，而能量转换效率相对较低。
未来的研究将致力于提高能量转换的效率，以减少外部能源的依赖。
其次，人工肌肉技术将进一步提高运动控制的精度和灵敏度。
目前的人工肌肉技术虽已能够实现基本的收缩和舒张，但在精细运动控制方面还有一定差距。
未来的研究将集中在改善对人工肌肉的控制，提高其快速、准确和可靠的响应能力，以更好地模拟人体肌肉的运动特性。
此外，人工肌肉技术还有望实现自我修复和自愈合的功能。
目前的人工肌肉在面临损坏或破坏时通常需要进行手动修复或更换。
未来的研究将致力于开发能够自动修复和自愈合的人工肌肉材料，以提高其使用寿命和稳定性。
人工肌肉的科学原理与应用
人工肌肉的科学原理与应用在生物学中，肌肉是动物体内一种重要的组织，其作用是通过收缩和松弛实现机械能的转化，从而使机体产生运动。
基于这种有力的运动模式，人们希望能够制造一种机电装置，以实现类似于肌肉的功能，于是人工肌肉应运而生。
本文将介绍人工肌肉的科学原理和应用。
一、人工肌肉的科学原理人工肌肉的核心是人类模仿肌肉作用机理的产物，综合了电学、化学、物理学以及材料科学等交叉学科的成果。
在人工肌肉的原理中，电、化学反应和材料物理学是关键。
1. 电学原理通常情况下，人工肌肉是用来产生挤压或者拉伸的力。
人工肌肉能够向外施加力的根本在于其能够进行扭转和压缩，而这种扭转和压缩与电和热有关。
在电学方面，当电流通过了人工肌肉中的金属线或者合金丝时，由于金属六共面的电特性，金属丝会受到相应的加热，从而导致金属线或者合金丝发生伸长或者缩短的现象。
2. 化学原理当人工肌肉受到电流的刺激时，其中的一些化学成分也会发生变化。
例如，真空袋中的铜会在电刺激下被氧化，从而使袋子收缩，实现了人工肌肉的功能。
3. 材料物理学制造人工肌肉时，材料的选择至关重要。
例如，有些材料在收到电流刺激之后会发生明显的收缩，而其他材料则会扩张。
因此，要根据不同的应用场景选择不同的材料，以达到所需要的效果。
二、人工肌肉的应用人工肌肉在实际应用中有着广泛的用途，可以应用在肢体假肢、机器人、医疗和航空等多个领域。
1. 肢体假肢肢体假肢是人工肌肉的一大应用领域。
相比于普通的假肢，人工肌肉能够更好地模仿自然肌肉的运动方式，从而能够帮助残疾人恢复一定的运动能力。
在人工肌肉的框架中，通过合适的电刺激可以实现机械手臂的移动、手指的弯曲、手掌的抓握等动作。
2. 机器人另一个主要的应用领域是机器人。
在机器人的框架中，人工肌肉能够实现机器人运动的平滑与控制效果。
通过电极的应用，可以使人工肌肉更加智能化，实现更加复杂的动作和功能。
这样，机器人具备了更为灵活的执行能力，可以胜任更加复杂的任务。
人造肌肉材料合成和运动原理解析
人造肌肉材料合成和运动原理解析人造肌肉材料是一种具有类似于自然肌肉的运动能力的材料，在仿生机器人、医学和其他领域具有广泛的应用潜力。
本文将对人造肌肉材料的合成方法和运动原理进行解析。
一、人造肌肉材料的合成方法1. 高分子材料：高分子材料是合成人造肌肉的常用材料之一。
例如，聚乙烯醇（PVA）是一种适用于电活化的高分子材料，其能够通过施加电场来实现收缩和伸展的运动。
聚乙烯醇纤维与硼酸络合形成的材料也可以实现类似于肌肉的运动。
2. 金属合金：金属合金是另一种用于合成人造肌肉的材料。
镍钛合金（Nitinol）是一种形状记忆合金，其能够在外界温度变化的作用下产生收缩和伸展的运动。
这种合金的合成方法往往涉及到调节合金中的成分和热处理过程。
3. 点阵结构材料：点阵结构材料也是一种常用于合成人造肌肉的材料，其通过改变材料的外形和内部结构实现运动。
例如，由两种或多种材料交错排列形成的复合材料，可以通过调节温度和湿度来实现收缩和伸展的运动。
4. 液晶材料：液晶材料在合成人造肌肉方面也具有潜力。
液晶材料的分子排列在不同条件下会发生变化，从而产生收缩和伸展的运动。
例如，通过改变液晶材料的磁场或电场作用，可以实现肌肉般的运动。
二、人造肌肉材料的运动原理解析1. 电活化原理：电活化是一种常用于实现人造肌肉材料运动的原理。
这种原理利用外加电场的作用，使材料中的离子发生迁移和浓度变化，从而引发材料的收缩和伸展运动。
例如，通过施加电压使聚乙烯醇材料中的离子发生迁移，从而实现类似于肌肉的运动。
2. 温度变化原理：温度变化也是一种常用的人造肌肉材料运动原理。
例如，利用温度敏感的材料，当温度发生变化时，材料的形状和大小也会发生相应的变化。
通过控制外界温度，可以实现人造肌肉材料的运动。
3. 化学变化原理：一些人造肌肉材料通过化学反应来实现运动。
例如，在特定的溶液中，材料可以发生化学变化，从而产生收缩和伸展的运动。
这种原理常用于合成肌肉组织和仿生机器人。
智能人造肌肉材料的研究进展
智能人造肌肉材料的研究进展在科学技术的进步中，多种人造材料被不断研究利用。
智能人造肌肉材料就是其中的一种，近年来在研究者的不断尝试下，已经有了很大的进展。
接下来，我们就来详细了解一下智能人造肌肉材料的研究进展。
一、智能人造肌肉的定义智能人造肌肉是仿生学机器人的一个重要组成部分，是一种与生物肌肉或肌纤维类似的材料。
人造肌肉通常具有快速响应、操作简便、重量轻等特点，且其弯曲或拉伸的性能可以与生物肌肉相媲美。
智能人造肌肉可以广泛应用于人工智能、仿生机器人等领域。
二、智能人造肌肉材料类型1、金属性材料金属性的人造肌肉通常使用铝、钛等金属作为基本构成元素。
这种人造肌肉通常集成在机器人手臂、机器人腿部、自主行动机器人等方面。
2、形态记忆合金材料形态记忆合金材料是一种高科技的人造肌肉材料，其重要特点是能够实现以固定的形状变形后能够自动恢复至原状。
这种人造肌肉材料广泛应用于医疗领域、航空航天以及地震救援等领域。
3、高分子材料高分子材料是最常用的人造肌肉材料之一，使用最广泛。
其材料主要由聚氨酯、聚对苯二甲酸酯等高聚合材料构成。
由于其具有形状保持力高、响应速度快、寿命长等特点，因此广泛应用于介观机械中。
三、智能人造肌肉的应用领域：1、生产制造业生产制造业广泛应用人造肌肉，特别是在对完成复杂工作之人工手类机器人，有一些不占地方、移动与操作方便、需要准确地放弃正确物品等的机器人，都能饱尝人造肌肉的好处。
2、医疗行业人造肌肉也广泛应用于所谓的生物医学仿生器官和仿人体检测设备中。
例如，在仿生制药设备制造中，智能人造肌肉被广泛地应用于各种分离工作；船舶类器材中亦有着广泛应用。
另外，在显微外科手术中，几乎每一个被开刀的器官都需要夹子及控制，这便是很好的应用之一。
3、灾害安全自动化的控制是一些很难让人们够到地方如：地下矿井、管道、危险引发区等等的处所会用到智能的仿生机器人，主要就是用的这些机器人。
四、人造肌肉的未来发展目前人造肌肉的研究主要依靠多学科的交叉及合作，存在许多难题，例如材料的性能、响应速度、腐蚀性等问题。
生物医学工程中的肌肉骨骼仿生学
生物医学工程中的肌肉骨骼仿生学肌肉骨骼仿生学是一个研究人类运动机能的领域，旨在将仿生学原理应用于设计和制造人类肌肉骨骼系统。
这一概念出现于20世纪60年代初期，当时仿生学开始应用于工程学和材料科学。
肌肉骨骼系统由有机和无机物质组成，其中有机物质包括肌肉、骨骼和软道组织，无机物质则是钙和其他矿物质。
肌肉骨骼仿生学的目的是将这些元素与电子、感知器和控制器等组件相结合，以创造类似于人类肢体的机器。
这种机器能够反应通常由肌肉骨骼系统执行的动作，例如走路、举重和运动。
肌肉骨骼仿生学技术的应用范围十分广泛，涵盖了从协助行动不便者的康复系统到解决高强度工人受伤问题的自动化工具等不同领域。
系统组件一个肌肉骨骼系统由两个基本组件组成: 肌肉和骨骼。
在仿生学模型中，这两者都被模拟为松弛或牵张的弹性物体。
骨骼使用刚体约束模型实现，使其在关节处弯曲和扭转，肌肉则会向不同方向施加力。
肌肉通常使用传统肌肉模型表示，其中肌肉由多个肌肉纤维组成。
每个纤维都是由具有不同长度、速度和力学响应特征的肌原纤维组成。
这样，仿生学者可以通过控制肌原纤维的长度和张力来生成所需的动作。
电气电子技术除了肌肉和骨骼，电子和电气技术也是肌肉骨骼仿生学中的基本组成部分。
这些技术专门用于测量和传输运动、力和位置信息。
这也是激活肌肉和骨骼之间的交互作用的关键。
控制器和感知器作为仿生系统的一部分，主要承担测量肌肉和骨骼位置、速度和加速度等运动信息的任务。
控制器通过计算传感器数据并确定下一步行动步骤来响应这些信息，这样就可以协调肌肉、骨骼和电子设备之间的动作。
人工智能和数据处理近年来，人工智能技术的运用推动了仿生学产业市场的扩张。
比如，一些公司正在使用人工智能技术开发能够自行学习、适应性较强的仿生机器，以更准确地模拟人体肌肉和骨骼的运动。
数据处理也是实现更精确仿生学仿真的关键。
数据处理技术可以提取和分析肌肉骨骼系统的运动数据，从而实现美观、平滑的动作，以及更准确的力量和位置控制。
人工肌肉的研究与应用
人工肌肉的研究与应用近年来人工智能和机器人技术的飞速发展，让人们对于科技的未来有了更广阔的想象空间。
但是在人类的科技探索中，机械化和电子化的路线已经走尽，因此人们开始向着仿生学和机械肌肉方向转变。
人工肌肉作为机械肌肉的核心之一，可谓是现代科技领域里的“金之日本海”。
一、什么是人工肌肉人工肌肉是一种运用智能材料制作的机械部件，其质量轻、力量大、运行速度快、响应速度快、并集成化程度高等特点。
他的物理原理是，当一种具有特殊性能的材料在外力的作用下发生体积的变化，就被称为智能材料。
这种材料的种类很多，其中最为典型的材料是电致性聚合物。
这种材料与其它普通的材料相比，具有明显的自适应性能。
比如说，当外界电场的作用在一种电致性聚合物导体上时，这种材料就会产生立体变化，从而让整个“人工肌肉”通电。
当电流消失时，这种材料会自动恢复原状。
二、人工肌肉的制作与传统机器人技术的不同之处，人工肌肉的制作不需要完备的硬件。
人工肌肉的制作方法很简单：将两层聚酯薄膜粘结在一起形成一种聚酯晶体管。
使用金属电极层，可以在薄膜上形成类似于水晶管的电路。
电路上的电压可以调节晶体管上的电场强度，通过变压器等电子设备可以放大电压信号的大小和数量的大小，从而让“人工肌肉”振动。
三、人工肌肉的应用人工肌肉的应用很广泛，在现代工程技术领域里已经广泛使用。
这种新型材料的重要奥秘在于，人工肌肉的响应速度极快，还能提供可靠的能源储备。
眼下，人工肌肉的应用主要分两个方面：医疗领域和生产领域。
其中，在医疗领域，人工肌肉已经成为长期严重疾病治疗的首选方案之一，比如在截肢和瘫痪患者的康复治疗中得到了广泛的运用。
在生产领域，人工肌肉可以提高生产效率，降低劳动强度，保证生产线的正常运行。
四、人工肌肉的未来可以预料，在未来的发展中，人工肌肉将会被应用到更广泛的领域，试图解决生命存在的一些问题。
共同的目标是，把不当人类处理的任务放到机器人和人造肌肉身上，使人类在工作中不仅感受到轻松而且会变得更加安全。
人造肌肉的制备及其力学性能研究
人造肌肉的制备及其力学性能研究在过去的几十年间，人们对于仿生学的研究逐渐增多。
仿生学是一门研究生物结构和生理学特征，并将它们运用于机械与电子设备中的学科。
其中，人造肌肉就是仿生学研究中重要的一部分。
它们可以模拟人类的肌肉，使机器人或其他设备能够做出更加自然的动作，同时为医学领域的假肢制造提供更好的解决方案。
本文将介绍人造肌肉的制备及其力学性能研究，以期让读者了解这个有趣而又实用的领域。
1. 人造肌肉的制备人造肌肉通常由电致活性聚合物制成。
这种聚合物可以在外部电场的作用下发生体积变化，从而实现肌肉的收缩和松弛。
这种电致活性聚合物主要分为两类：柔性和刚性。
柔性电致活性聚合物更加接近真实的肌肉，这种聚合物可以像真正的肌肉一样弯曲、扭曲和伸缩。
与此相比，刚性电致活性聚合物的变形受限，只能进行线性收缩运动。
人造肌肉的制备需要多个步骤。
首先，需要选择一种适合制成肌肉的电致活性聚合物，并将其溶解在适量的溶剂中。
然后，通过拉伸、挤压或滚压等方式，将聚合物形成一定的形状，再将其置于电极之间，施加电场，使其诱导收缩或伸长。
最后，将人造肌肉安装到所需设备上，即可实现机器人或其他设备的肌肉运动。
2.力学性能研究人造肌肉与真正的肌肉之间有很大的差别，所以其力学性能研究也具有一定的难度。
目前，对于人造肌肉的力学性能研究主要集中于以下两个方面。
2.1 力量输出力量输出是表明肌肉的强度和功率的一个关键参数。
通常情况下，人造肌肉的功率输出比真实肌肉低几个数量级。
这是因为目前的电致活性聚合物还不能像真实肌肉一样以很高的速度收缩并释放能量。
不过，人造肌肉的制造商正在积极开发一些新的电致活性聚合物，目的是为了提高人造肌肉的力量输出，让其更接近真实肌肉。
2.2 疲劳特性人造肌肉的疲劳特性也是一个需要关注的重要参数。
目前的人造肌肉通常只能在非常短的时间内保持收缩状态，一旦停止电刺激，肌肉就会立即恢复原状。
相比之下，真实肌肉可以长时间地保持收缩状态。
人造肌肉技术的研究进展
人造肌肉技术的研究进展随着科技的发展，各种新技术不断涌现。
其中，人造肌肉技术引起了人们的关注。
人造肌肉是一种能够模拟自然肌肉运动动力学的材料，具有一定的张力和活力，能够产生机械功效。
它可以被广泛地应用于机器人、医疗假肢、生物机器人等方面，因此备受关注。
下面，我们来了解一下人造肌肉技术的研究进展。
首先，我们来介绍一下人造肌肉的原理。
人造肌肉基本上是由多种材料构成的。
这些材料的原理，都是通过外部刺激产生肌肉的缩短，来模拟真正的肌肉运动。
最常见的人造肌肉，是由电磁线圈、电解质和低熔点金属软件构成的。
当电流通过线圈时，会产生磁场，这会吸引软件。
软件与电解质发生反应，从而引发肌肉的缩短。
因此，人造肌肉就产生了类似于肌肉的缩短运动。
在人造肌肉技术的研究中，最关键的一点是材料的选择。
因为人造肌肉需要强的张力和活力，就需要将材料制作得非常灵活。
而且，人造肌肉材料必须能够适应外部环境，对温度、湿度和PH 值等有较强的适应性。
目前，常用的人造肌肉材料包括聚α-氨基酸、壳聚糖、智能高分子、聚丙烯和PTFE等。
这些材料都各有特点，可以用于不同的应用场景。
例如，聚α-氨基酸材料具有非常好的生物相容性和生产过程的简单性，因此可以用于生物医学领域。
人造肌肉技术在机器人领域的发展非常迅速。
最近，电机巨头发掘机械公司推出一种名为“压电驱动人造肌肉”的技术，利用压电效应来实现人造肌肉的运动。
这种技术大大扩展了机器人的应用领域。
传统机器人往往需要较大的动力、更多的控制工具和硬件成本，但采用人造肌肉技术后，机器人的体积和重量大大缩小，动力调节更加灵活和控制简单。
人造肌肉技术的应用可以深度参与工作的执行中，提高工作效率和准确性，减轻人类劳动强度。
在医疗假肢领域，人造肌肉技术也有广泛的应用。
人造肌肉可以用于为残疾人设计假肢。
基于人造肌肉技术，科学家们开发出了一种具有“智能反馈”功能的人工肘关节替代品。
人造肌肉可以让假肢的自然运动更像是自己的手臂，通过对神经信号的感知，让假肢更好地配合身体运动。
仿生学：人造肌肉中的能量存储与转化
仿生学：人造肌肉中的能量存储与转化几百年来，人们一直在向自然界寻求解决问题的答案，因此，衍生出了一门名为仿生学的学科。
“仿生学〞这一概念由澳大利亚仿生学研究所所长、自然历史作家珍妮班·亚斯于1998年首次提出。
亚斯表示：“向自然学习非常重要，毕竟，在38亿年漫长的进化过程当中，自然孕育了很多理念。
〞2005年，亚斯创办了全球首个仿生学研究所，其主要目的是帮助商业机构研发从自然界中获取灵感而得到的设计。
据英国播送公司〔BBC〕近日报道，英国布里斯托大学的科学家们研制出一种人造肌肉，科学家们有望在此根底上设计出一套能改变颜色的智能服装，最终让人能像乌贼一样伪装。
相关研究发表在英国物理学会创办的?生物灵感和仿生学?杂志上。
最新技术隶属于软机器人学领域，该领域将有机化学、软材料科学和机器人学有机融合在一起。
研究人员乔纳森·罗斯特表示：“传统的机器人非常僵硬而且不灵活，因此，我们希望将模拟自然的技术——仿生学和机器人学结合在一起，研制出非常善于自然制造的软构造。
我们研究并模拟了生物有机体的特征，制造出了这些人造肌肉。
〞为了研制出这些人造肌肉，科学家们研究了某些动物改变颜色的方式和技巧。
动物在躲避危险，受到情绪、压力和外部温度变化的影响或与配偶联系时，都会改变身体的颜色。
包括乌贼、鱿鱼、章鱼等在内的无脊椎软体动物会通过让其皮肤内细小的肌肉伸出黑色的小液囊来改变身体颜色。
这些小液囊位于动物的皮肤细胞内，当一个细胞准备改变颜色时，大脑会朝肌肉发送一个信号，接收到信号的肌肉会收缩。
这会使得这些液囊扩展并制造出光效应，使动物看起来就像改变了颜色一样。
不过，斑马鱼不一样，其主要通过从皮肤下喷射出黑色素液体到皮肤外表来改变身体颜色。
为了模拟出这些自然机制，该研究团队使用了同电路连接在一起的“智能〞电活性高分子材料。
当朝其上施加电压时，这些高分子材料会收缩；而当发生短路时，这些材料会恢复到原初的形状。
仿生人工肌肉.
仿生人工肌肉分类：学科建设| 标签：驱动材料聚合物弹性体机械2011-02-19 17:11阅读(?)评论(1)自古以来, 自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
20 世纪中期, 人们越来越深刻认识到大自然的启发对于开发新材料和新技术的重要性, 从而提出仿生学概念并建立仿生学这一学科。
随着研究的发展, 仿生学已成为自然科学的一个前沿和焦点。
进入21 世纪以来, 随着机器人开发的不断深入以及人们对智能机械系统的强烈需求, 作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生领域的研究重点。
电活性聚合物驱动器具有应变高、柔软性好、质轻、无噪声等特点, 与肌肉有着极为相似的特性, 甚至在一些方面的性能已经超过了肌肉, 被公认为是最合适的仿肌肉材料, 称之为/ 人工肌肉。
近二十年来, 在电活性聚合物驱动材料方面取得的研究进展使得仿生的/ 人工肌肉研究得以飞速发展Progress in Biomimetic Electroactive Polymer Artificial Muscles。
肌肉是生物学上可收缩的组织, 具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动以及自修复功能, 一直以来就是研究者开发驱动器灵感的来源, 人类很早就致力于仿生物肌肉的/人工肌肉研发。
上世纪50 年代, McKibben 首次研制了气动驱动器, 并发展成为商业上的McKibben 驱动器[1] , 但是作为人工肌肉材料, McKibben 驱动器体积大, 而且受到辅助系统的限制。
形状记忆合金也被尝试用作人工肌肉材料[ 2] , 与同时代的驱动材料相比, 具有高能量密度和低比重等特点, 但同样存在许多不利因素, 如形变不可预知性, 响应速度慢以及使用尺寸受限等, 这些都制约了其在人工肌肉材料方面的发展。
电活性陶瓷是人工肌肉的另一个备选材料, 其响应速度较形状记忆合金快, 但是脆性大, 只能获得小于1% 的应变[ 3] 。
人造肌肉的材料和制造技术
人造肌肉的材料和制造技术自古以来，人类一直在探索如何模拟自然界的各种生物物质和生物过程，以便应用于工业、医疗等领域。
肌肉作为人体最重要的器官之一，承担着使人体活动、运动等功能，一直是人类关注的研究领域之一。
而人造肌肉作为模拟、替代自然肌肉的一种材料和技术，正越来越受到科技界的关注和研究。
本文将从材料性能和制造技术两个方面，介绍人造肌肉的研究现状和发展趋势。
一、人造肌肉的材料性能人造肌肉材料需要具备以下特性：1. 类似肌肉的收缩和膨胀能力人类肌肉的收缩和膨胀能力是其最基本的功能之一，人造肌肉的材料也需要具备类似的特性。
目前，科学家们已经开发出了能够收缩和膨胀的人造肌肉材料，如聚合物、金属合金、碳纤维等，可以通过电场、热量和化学反应等方式来实现类似肌肉的收缩和膨胀。
2. 高度可控性人造肌肉材料需要具备高度可控性，能够以某种方式或某种程度调节其收缩和膨胀的速度和幅度。
这需要科学家们在研究和制造人造肌肉材料时，采用一定的制造工艺和材料修饰手段，以实现材料的可控性。
3. 高韧性和耐久性人造肌肉材料还需要具备高韧性和耐久性。
这是因为肌肉在长时间和高频率运动时需要承受较大的力量和摩擦，因此材料需要具备抗拉、抗压、耐磨等基本机械特性。
二、人造肌肉的制造技术人造肌肉的研究和制造是一个高度综合性和跨学科的领域，需要动力学、材料科学、化学、机械制造等专业技术的支持。
在人造肌肉的制造技术方面，主要有以下几种方法：1. 仿生学方法仿生学是一种通过模拟自然界生物物质和生物过程，来设计、制造和应用人造材料和器件的技术。
其制造人造肌肉的方法是，以生物肌肉为样板，模拟其结构、材料成分和运动机制，通过分子设计、材料合成等手段，制造出与自然肌肉类似的人造肌肉材料。
2. 智能材料方法智能材料是一种能够对外界刺激做出响应的材料，其常见的响应方式包括形变、颜色变化等。
在制造人造肌肉时，一些智能材料，如聚乙烯、液晶材料等，可以通过外部电场、温度等刺激而形成收缩或膨胀的形变效应，从而模拟自然肌肉的功能。
人造肌肉技术在医学方面的应用
人造肌肉技术在医学方面的应用人造肌肉技术是一项新兴的技术，通过仿生学和材料科学的发展，可以制造出模拟人类肌肉运动的人造肌肉。
这项技术在医学领域有着广泛的应用潜力，可以为多种疾病和损伤提供有效的治疗手段。
本文将探讨人造肌肉技术在医学方面的应用，包括肌肉再生、假肢和器官辅助等方面。
首先，人造肌肉技术在肌肉再生方面具有巨大的潜力。
当人体肌肉受到严重损伤或疾病影响时，传统的治疗方法如物理疗法和手术往往效果有限。
而人造肌肉技术可以为肌肉再生提供一种新的解决方案。
人造肌肉可以通过模拟人类肌肉的运动来激活受损肌肉周围的细胞，促进肌肉的再生和修复。
这一技术的产生有望帮助那些骨折、肌肉撕裂或肌无力等疾病的患者恢复肌肉功能，提高生活质量。
其次，人造肌肉技术在假肢方面也显示出了巨大的潜力。
传统的假肢往往只能提供简单的运动功能，无法模拟人体肌肉的复杂运动。
而人造肌肉技术可以为假肢提供更加灵活和精确的运动控制方式，使假肢能够更好地与人体肌肉进行协调。
通过植入人造肌肉，假肢可以实现更为自然的活动，使截肢者能够更好地适应日常生活，并提高自身的生活质量。
此外，人造肌肉技术还可以在器官辅助方面发挥重要作用。
例如，在心脏病患者中，人造肌肉可以帮助心脏提供更强的收缩力，改善心脏功能。
当心脏肌肉损坏或衰竭时，植入人造肌肉可以增强心脏收缩，改善血液循环，提高患者的生存率和生活质量。
此外，人造肌肉还可以用于其他器官辅助，如胃肠道运动功能障碍的治疗。
人造肌肉技术尚处于发展初期，但在医学应用领域已经取得了一些重要的突破。
然而，目前人造肌肉技术还面临一些挑战和难题。
首先，人造肌肉材料的可靠性和持久性需要进一步提高，以满足长期使用的需求。
其次，人造肌肉技术的成本较高，限制了其在临床实践中的推广应用。
此外，人造肌肉技术还需要进一步研究和探索其对人体的长期影响和安全性。
尽管存在一些挑战，但人造肌肉技术在医学领域的应用前景依然广阔。
未来，随着技术的不断进步和成熟，人造肌肉技术有望为更多的疾病和损伤提供有效治疗手段。
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仿生学：人造肌肉中的能量存储与转化几百年来，人们一直在向自然界寻求解决问题的答案，因此，衍生出了一门名为仿生学的学科。
“仿生学”这一概念由澳大利亚仿生学研究所所长、自然历史作家珍妮班〃亚斯于1998年首次提出。
亚斯表示：“向自然学习非常重要，毕竟，在38亿年漫长的进化过程当中，自然孕育了很多理念。
”2005年，亚斯创办了全球首个仿生学研究所，其主要目的是帮助商业机构研发从自然界中获取灵感而得到的设计。
据英国广播公司（BBC）网站近日报道，英国布里斯托大学的科学家们研制出一种人造肌肉，科学家们有望在此基础上设计出一套能改变颜色的智能服装，最终让人能像乌贼一样伪装。
相关研究发表在英国物理学会创办的《生物灵感和仿生学》杂志上。
最新技术隶属于软机器人学领域，该领域将有机化学、软材料科学和机器人学有机融合在一起。
研究人员乔纳森·罗斯特表示：“传统的机器人非常僵硬而且不灵活，因此，我们希望将模拟自然的技术——仿生学和机器人学结合在一起，研制出非常善于自然制造的软结构。
我们研究并模拟了生物有机体的特征，制造出了这些人造肌肉。
”为了研制出这些人造肌肉，科学家们研究了某些动物改变颜色的方式和技巧。
动物在躲避危险，受到情绪、压力和外部温度变化的影响或与配偶联系时，都会改变身体的颜色。
包括乌贼、鱿鱼、章鱼等在内的无脊椎软体动物会通过让其皮肤内细小的肌肉伸出黑色的小液囊来改变身体颜色。
这些小液囊位于动物的皮肤细胞内，当一个细胞准备改变颜色时，大脑会朝肌肉发送一个信号，接收到信号的肌肉会收缩。
这会使得这些液囊扩展并制造出光效应，使动物看起来就像改变了颜色一样。
不过，斑马鱼不一样，其主要通过从皮肤下喷射出黑色素液体到皮肤表面来改变身体颜色。
为了模拟出这些自然机制，该研究团队使用了同电路连接在一起的“智能”电活性高分子材料。
当朝其上施加电压时，这些高分子材料会收缩；而当发生短路时，这些材料会恢复到原初的形状。
罗斯特指出：“我们制造出的人造肌肉能复制天然肌肉的活动，并且具有非常强的视觉效果。
这些材料以及这种方法可以很好地制造出智能变色皮肤或柔性设备（这些设备内的液体可以从一个地方泵压到另一个地方），并有望在此基础上创造出很多新技术，制造出能改变颜色进行伪装的智能服装以及让人体冬暖夏凉的‘智能’皮肤。
”一类新颖的致动设备(例如致动器、发动机、发电机等)正在步入商业化。
它们基于在受到电刺激时会改变形状的聚合物。
那不过是一只价值100美圆的玩具——一个玻璃缸，里面游弋着一群日本大阪的Eam ex公司生产的机器鱼。
不同寻常的地方在于，这些靠内在力驱动的塑料鱼，在水中游动的姿势几乎与真的鱼一样，而且其内部不包含任何机械部分：没有马达、没有传动轴、没有齿轮、甚至连一节电池都没有。
这些鱼之所以会游泳，是因为它们的塑料内脏在来回弯曲，就像鱼有自己的意志一样。
它们是基于一种新一代改进型电活化聚合物(EAPs)的第一批商业化产品，这种塑料聚合物在电刺激下会产生移动。
数十年前，构建致动器或者致动设备的工程师就已经为肌肉找到了一种人造替代物。
作为对神经刺激的响应，肌肉只须改变长度就能够准确地控制其施加的力量，例如眨眼睛或举起杠铃。
同时，肌肉还表现出比例恒定的属性：对于各种尺寸大小的肌肉，其机理都一样，相同的肌肉组织既可以给昆虫、也能够为大象赋予力量。
因此，对于难以制作电动马达的驱动设备，某种类似肌肉的东西也许会有用武之地。
EPAs号称要成为未来的人造肌肉。
研究人员已经在雄心勃勃地工作，希望能够为许多当代的技术寻找基于EPA的可选方案，而且不害怕将他们的发明物与自然物竞争。
几年前，有几个人，包括来自美国加州帕萨迪纳喷气推进实验室(JPL)的高级科学家YosephBar-Cohen，向电活化聚合物研究团体发起了一项挑战，以激发人们对该领域的兴趣：展开一项竞赛，看谁能够最先制造出EAP驱动的机器人手臂，而且必须在与人的手臂的一对一掰手腕比赛中取胜。
然后，他们开始寻找赞助商的资助，为优胜者颁发现金作为奖励。
目前而言，最有前途的工作也许是美国斯坦福研究院(SRI)正在做的研究，SRI是基于加州门洛帕克市的一家非盈利合同型研究实验室。
SRI管理层希望能够在几个月内，将所需资金中的400～600万美元作为最初投资，组建一家让产易股的公司(暂时命名为人造肌肉综合公司)以实现其专利EPA技术的商业化。
即使现在，SRI手里仍然有着六项研发合同，甲方包括美国政府以及来自玩具、汽车、电子、机械产品和鞋类行业的公司。
SRI正在努力，以期尽快将人造肌肉推向市场。
这家新公司的目标是什么？只不过想以使用SRI的新颖致动器的更小、更轻、更便宜的产品，取代无数我们经常使用的电动马达，以及许多其他的致动装置。
其实验室商业开发部主任Phillip von Guggenberg指出：“我认为该技术是实现机械致动领域革命的一个很好机会。
我们希望能够普及该技术，让它成为你在五金店就能买到的东西。
”人造肌肉的材料自从1990年代中期以来，Bar-Cohen一直为经常变化的国际EAP研究人员团体充当非正式的协调人。
回到该领域的萌芽时期，“我从科技论文上读到的电活化聚合物材料并不像广告吹嘘的那样神奇，”他一边回忆，一边狡黠地笑着，“而且当我从NASA获得经费来研究该技术时，我不得不去了解谁在做这个领域的工作，以便从中找到某些启发。
”仅在数年之内，Bar-Cohen就已掌握了足够的知识，并且协助举办了首届关于该主题的科技研讨会，开始出版一份EAP时事通讯，发布了一个EAP网站，还编写了两部关于这项新兴技术的论著。
在喷气推进实验室(JPL)院内的一幢矮层研究建筑内，试验台上摆满了各种致动设备原型以及测试装置，Bar-Cohen开始回顾他已经了如指掌的关于该领域的历史。
他说：“很长一段时间内，人们一直在寻找不用电动马达就可以移动物体的方法，因为马达对于许多应用而言显得太过笨重。
在EPAs出现之前，马达的标准替代技术是压电陶瓷，该技术曾一度是研究的热点。
”在压电材料中，机械应力可导致晶体电极化，而且反之亦然。
用电流刺激这种材料将使其变形；通过改变其形状可以产生电。
Bar-Cohen从一张实验长椅上拿起一只浅灰色的小碟子，说：“这块碟子由PZT(锆钛酸铅)制成。
”他向我们解释：电流使得压电PZT产生收缩或者膨胀，幅度只有不到其总长度的百分之一。
尽管变形量很小，但是却有用处。
在隔壁的一间屋子中，Bar-Cohen出示了由PZT碟子驱动的一英尺长的冲击钻，他现在正和JPL的同事以及Cybersonics公司的工程师们一起研制这些PZT碟子。
他介绍说：“在这个圆筒内是一叠压电碟子，当被交流电激活时，这叠碟子将以超音速拍打钻头，钻头则以高速率上下跳跃，从而钻入坚硬的岩石。
”在另一侧是几堆石块，石块已经被钻出很深的孔眼。
该钻子作为一个范例，说明了用压电陶瓷制作致动器的有效性，的确让人印象深刻。
但是，在许多应用中，要求电活化材料的膨胀幅度超过百分之零点几。
塑料对电的反应Bar-Cohen告诉我们，响应电流而改变形状的聚合物可分为两类：离子型和电子型，其优势和劣势正好互补。
离子型EAPs(包括离子聚合物凝胶体、离子性高分子如金属复合材料、导电性高分子以及碳纳米管)是在电化学的基础上工作——即正负离子的移动和扩散。
它们可以直接用电池带动，因为即便一个个位(single-digit)电压也能够使它们大幅度弯曲。
不足之处在于，离子型EAPs通常必须是湿的，因此应当密封在挠性薄层中。
许多离子型EAPs的另一个主要缺陷在于"只要电流接通，该材料就会一直运动，“Bar-Cohen指出，并且补充说：“如果电压超过一定值，将会产生电解，从而给材料造成无法修复的损坏。
”相反，电子型EAPs(例如铁电聚合物、电介体、电绝缘橡胶以及电致伸缩移植橡胶)则由电场驱动。
它们需要相对较高的电压，因此会产生让人不舒服的电击。
但是，作为回报，电子型EPAs能够迅速作出响应，并且传递较强的机械力。
它们不需要保护薄层，而且几乎不需要电流就能够保持某个定位。
SPR的人造肌肉材料属于电子型EAP类型。
它的成功开发经历了漫长曲折的道路，而且多少带有一些偶然性，可以称得上是奇思怪想式技术创新的一个经典范例。
给橡胶充电SRI小组的领导者Ron Pelrine介绍说：“在与日本签署微型机器计划(Japanese micro-machine program)合同之后，斯坦福研究院从1992年开始研究人造肌肉。
”他从前是一名物理学家，现在转行做机械工程师。
日本官方在寻找一种新型的微致动器技术。
几位SRI研究人员开始寻找一种在力学、冲程(线性位移)以及应变(单位长度或单位面积的位移量)等方面的性质与自然肌肉类似的致动材料。
“我们考察了一大堆有希望的活化技术，”Pelrine回忆道。
然而，他们最终选择了电致伸缩聚合物，当时来自路特葛斯大学(Rutgers University)的Jerry Scheinbeim正在研究这种材料。
这种聚合物中的碳氢分子以半晶体点阵的方式排列，而这种晶阵具有类似压电的属性。
当处于电场中时，所有的绝缘塑料(例如聚亚安酯)将会沿电力线的方向收缩，同时沿垂直于电力线的方向膨胀。
这种现象与电致伸缩不同，被称为麦克斯韦应力。
Pelrine说：“这种现象早就为人们所熟知，但一直被当作是一种很麻烦的效应。
”他意识到，比聚亚安酯更软的聚合物在静电吸引作用下将更容易挤压，因而可以提供更大的机械应变。
通过对软硅树脂进行试验，SRI的科学家很快证明其应变在10～15%之间，这十分合意。
经过进一步研究，这个数字还可以提高到20～30%。
为了区别这种新的致动器材料，硅树脂和其他较软的材料被命名为电绝缘橡胶(dielectric elastomers)(也被称为电场活化聚合物。
)在确定出几种有前途的聚合物材料之后，在1990年代剩余的大部分时间内，该小组将注意力集中于研制特定设备应用的具体细节。
当时，该SRI研究小组新的外部经费支持和研究方向由美国国防部高级研究计划局(DARPA)和海军研究中心(Office of Naval Research)提供，其主管的首要兴趣在于将该技术用于军事目的，包括小型侦察机器人以及轻型发电机。
由于橡胶开始表现出大得多的应变，工程师意识到电极也必须是可以膨胀的。
普通金属电极无法伸长，除非将其割裂。
Pelrine提到：“起先，人们不用为这个问题操心，因为他们研究的材料所提供的应变只有1%左右。
”最后，该研究小组开发出一种基于在橡胶阵列(elastomeric matrix)中填充碳粒的屈从电极(compliant electrodes)。
他指出：“由于电极和塑料一起膨胀，它们可以在整个活动区域之间保持电场。