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  氣動人工肌肉（PAMs）是一種柔性流體驅動器，醫療、機器人、軍事、航天等領域都發揮著重要作用。其組成包括氣囊、編織套管、端部連接件以及壓縮機、氣泵等外接設備，導致體積龐大，限制了便攜性和小型化應用。近年，利用內部壓力控制（如燃燒、氣液相變等）等策略開發的無纜氣動人工肌肉，在小型化方面取得一定進展。但是利用類似天然肌肉含水量的水凝膠制備大形變、快響應的氣動人工肌肉仍然存在挑戰。這主要受限于傳統水凝膠滲透壓驅動機制，其形變依賴于聚合物網絡溶脹/退溶脹，導致響應速度緩慢。此外，如何調控水凝膠驅動器的模量，滿足其在一定氣壓下產生穩定形變，也是開發氣動水凝膠人工肌肉的核心技術難點。

  近日，武漢大學常春雨教授課題組提出一種小型化策略，構建具有突跳失穩特性的水凝膠，開發無纜PAMs。這種氣動水凝膠人工肌肉在20 °C下加壓至臨界壓力附近（穩定狀態I），由于疏水相互作用和纖維素納米晶體的存在，水凝膠具有高模量，僅發生輕微膨脹；當溫度升高到70 °C時，水凝膠網絡結構中疏水相互作用削弱，導致水凝膠的交聯密度下降，模量降低，壓力-體積曲線下移，內部氣壓超過臨界壓力，觸發突跳失穩，水凝膠人工肌肉迅速膨脹至穩定狀態II，徑向驅動速度達200 % s^?1，整個過程可在10秒內完成。該氣動水凝膠無需外接壓縮機和氣泵，通過熱刺激切換水凝膠模量變化，觸發突跳失穩機制，實現無纜小型化驅動。此外，本文演示了小型化水凝膠PAMs在可控潛水裝置和集成滾動機器人領域的應用，展現出感知和改變環境的能力，為仿生機器人的設計和發展提供新思路。

氣動水凝膠人工肌肉的設計、形變機理及驅動過程

  該工作以“Temperature-triggered inflatable hydrogel muscles with snap-through instability for untethered robots”為題，發表在《Nature Communications》上。武漢大學博士研究生崔言德為第一作者,武漢大學化學與分子科學學院常春雨教授和武漢大學中南醫院李兵教授為通訊作者，武漢大學碩士研究生胡建華和董子揚為論文共同作者。該研究得到了國家自然科學基金（52073217，52373104）的資助。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58731-4

  課題組網頁：https://www.x-mol.com/groups/Chang_cy