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多模态气动人工肌肉的工作原理及设计、制造方法

人工肌肉是软体机器人的关键核心技术。然而，由于缺乏简单有效的设计与制造方法，现有的人工肌肉通常只能产生单一的运动模态，多模态人工肌肉的自动化设计与快速制造一直是该领域研究的难点。

在象鼻、人舌、章鱼触手等生物组织中，存在“静水压骨骼肌”，它可以选择性驱动不同的主动肌纤维阵列，从而产生不同的驱动模态，包括伸长、缩短、弯曲和扭转等，赋予了生物组织无与伦比的灵巧性。

以此为灵感，研究团队提出了一类仿肌纤维阵列的多模态气动人工肌肉。该人工肌肉主要由主动弹性体气球阵列和被动弹性体薄膜组成，通过选择性驱动不同方向的主动弹性体气球，可以产生伸长、弯曲、螺旋、缩短、扭转等不同的运动模态以及它们的组合，比如并联的伸长-弯曲-螺旋运动、并联的10个弯曲运动、串联的伸长-弯曲-螺旋运动等。

研究者提出了一种平面设计和卷曲成型相结合的方法，实现了人工肌肉三维结构的快速制造。这种制造方法还赋予了人工肌肉很强的可扩展性，比如，可集成不可拉伸的限制层以实现缩短或扭转运动，也可组装柔性电极以实现自传感功能。

实验结果表明，该多模态气动人工肌肉在软体机器人中具有广泛的应用前景，如环境探测、抓取或操作物体、管道爬行等。

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