Dans le paysage dynamique de la technologie intelligente, les fibres musculaires artificielles à alimentation électrique (EAMF) émergent comme une source d'énergie révolutionnaire pour la robotique avancée et les appareils portables. Réputées pour leurs propriétés mécaniques exceptionnelles, leur flexibilité d'intégration et leur polyvalence fonctionnelle, les EAMF sont à la pointe de l'innovation de pointe. Un article de synthèse récent intitulé « Innovations émergentes dans le domaine des fibres musculaires artificielles à alimentation électrique » a été publié en ligne dans le Revue nationale des sciences (NSR).
Un nouveau chapitre dans les matériaux intelligents : la morphologie des fibres
Les matériaux en forme de fibre ont démontré des avantages remarquables dans le domaine des matériaux intelligents et des dispositifs fonctionnels, devenant un point focal de l'innovation scientifique. L'orientation moléculaire élevée des fibres leur confère une résistance mécanique axiale et une ténacité importantes, posant ainsi une base solide pour des applications de haute performance. Les techniques de fabrication avancées telles que le filage humide, l'électrofilage et le dépôt chimique en phase vapeur fournissent des processus fiables pour l'ingénierie des dispositifs à fibres. De plus, les techniques de tissage multidimensionnel dans les textiles modernes prennent en charge l'intégration à haut degré de fibres fonctionnelles, répondant aux structures complexes et aux conceptions multifonctionnelles. Spécifique dans le domaine des muscles artificiels, l'actionnement rotatif et extensible des fibres imite les mouvements des muscles biologiques, mettant en valeur un biomimétisme exceptionnel avec un vaste potentiel dans la robotique souple et d'autres technologies pionnières.
Mécanismes de fonctionnement : Trois mécanismes moteurs majeurs
Les EAMF utilisent trois mécanismes de conduite principaux, chacun avec ses caractéristiques et ses avancées uniques. Actionnement thermoélectrique exploite le chauffage Joule pour stimuler l'expansion et la contraction des matériaux actifs, avec des recherches importantes consacrées à l'optimisation des matériaux de base thermoréactifs à haute activité et des électrodes de chauffage Joule innovantes, y compris les mélanges de matériaux actifs d'électrode, les structures cœur-coque et les structures de fibres entrelacées. Actionnement électrochimique implique le mouvement directionnel des ions sous l'effet d'un champ électrique, ce qui entraîne une dilatation ou une contraction du matériau. Cette méthode utilise principalement des polymères conducteurs et des nanomatériaux, où les polymères conducteurs facilitent l'échange rapide d'électrons et d'ions par des réactions redox réversibles, et les nanomatériaux de carbone améliorent les cycles de charge-décharge en raison de leur grande surface. Les innovations dans ce domaine se concentrent sur le développement de nouveaux matériaux électrochimiquement réactifs et de mécanismes d'injection d'ions. Actionnement diélectrique Les EAMF permettent de réaliser un mouvement par déformation d'élastomères diélectriques sous l'effet d'un champ électrique appliqué, ce qui provoque la compression du matériau dans le sens du champ et son expansion perpendiculaire en raison de l'accumulation de charges. Ensemble, ces mécanismes illustrent la nature robuste et polyvalente des EAMF dans diverses applications, de la robotique souple à la technologie portable.
Défis et opportunités
Bien que la recherche fondamentale sur les EAMF ait progressé de manière significative, la mise à l'échelle pour des applications plus larges pose de nombreux défis. Il s'agit notamment d'optimiser les systèmes de gestion thermique dans les mécanismes thermoélectriques et d'améliorer les performances des muscles électrochimiques avec des électrolytes à l'état solide. L'actionnement diélectrique nécessite des avancées dans les méthodes de production de fibres pour surmonter ses défis techniques inhérents.
Bien qu'il soit crucial de relever ces défis, il est tout aussi important de tirer parti des caractéristiques uniques des différentes fibres musculaires artificielles pour garantir qu'elles sont bien adaptées à des applications spécifiques ».
Professeur Jiuke Mu
À l’avenir, le développement rapide de l’électronique flexible et des technologies efficaces de stockage d’énergie propulsera probablement les EAMF vers une utilisation généralisée dans les domaines des vêtements réactifs, de la robotique souple et des dispositifs de rééducation médicale.
