[实用新型]人工肌肉结构

说明书

本实用新型涉及一种人工肌肉结构，包括基底和增强相，基底由人工肌肉材料制成，增强相为设置在基底中的纤维。本实用新型通过在人工肌肉材料制成的基底中加入纤维的方式对其性能进行增强，通过对不同模量的纤维种类的选择，以及对纤维之间的铺设密度的调节，可以实现对人工肌肉材料的不同程度的增强。同时，可以通过对纤维方向与铺设路径的设计，实现人工肌肉材料的各向异性，使其在不同方向的力学输出强度不同，满足工程实际应用的需求。所提供的带纤维的人工肌肉材料的制备方法工艺简单，制成的带纤维的人工肌肉材料中增强相与人工肌肉材料结合稳固。

技术领域

本实用新型涉及人工肌肉材料技术领域，尤其涉及一种人工肌肉结构。

背景技术

近几十年以来，随着人类科学技术快速发展，国内外研究人员对工业应用中各种常见的硬性材料开展了系统性研究，相关理论与技术体系较为完善。然而自然界中的众多天然结构(例如树叶、动物肌肉、微生物等)通常是柔性的。这些柔性结构受外界刺激(如机械力、温度、电磁场等)可以产生显著变形，而且通过变形可实现某种功能。这种具有刺激-响应-功能一体化特性的大变形材料，称为活性软材料，例如介电高弹聚合物、离子凝胶、液晶、生物大分子等。由于这些软材料具有变形幅度大、刺激响应灵敏、环境适应性好、种类丰富等优势，其在工程技术与生物医疗等领域具有广阔的应用前景。人工肌肉材料是一种介电高弹聚合物，该种材料既可以将电能转换为机械能实现驱动功能，又可将机械能转换为电能实现发电或传感，具有可控变形大、能量密度高、响应速度快、噪声小、质量轻、成本低等优势，在航空航天、柔性电子等领域具有巨大的应用潜力。

人工肌肉材料的输出强度不足是严重阻碍其实际应用进程的关键问题之一。另外，普通人工肌肉材料一般为各向同性的匀质材料，而实际工程结构对不同方向通常有不同的强度特性要求，往往更加注重功能结构在某一个或者几个自由度方向的输出能力，而在其他自由度方向的输出性能满足基本要求即可。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种人工肌肉结构，该人工肌肉结构可以有效地克服现有技术中存在的技术问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种人工肌肉结构，包括基底和增强相，所述基底由人工肌肉材料制成，所述增强相设置在基底中，所述增强相由纤维制成。通过在人工肌肉材料制成的基底中加入纤维的方式使得人工肌肉结构的性能增强。

进一步地，所述基底为单层结构，所述增强相包埋在基底中。

进一步地，所述基底为多层结构，所述增强相包埋在基底各层的层内或铺设在基底各层的层间。

进一步地，所述增强相由离散的短纤维制成。

进一步地，所述增强相由连续的直线纤维制成，所述连续的直线纤维与基底延伸方向的夹角为常数。

进一步地，所述增强相由连续的曲线纤维制成，所述连续的曲线纤维与基底延伸方向的夹角为沿着指定方向周期性线性变化的函数。

进一步地，所述增强相由两组相互交叉形成网状的连续的直线纤维制成，两组连续的直线纤维与基底延伸方向的夹角为常数。

进一步地，所述人工肌肉材料由硅橡胶、丙烯酸、离子聚合物、液晶弹性体中的一种或多种混合制成。

进一步地，所述增强相由经过表面改性的纤维制成。

进一步地，所述增强相由经过表面改性的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、橡胶纤维中的一种或多种混合制成。

纤维通过电化学方法、等离子技术、酸碱腐蚀、偶联剂对表面官能团修饰等方法对其表面进行改性，以实现纤维与基底的高强度连接。