研究人员重新创建生活3D显示 - 轻量级智能皮肤与人工肌肉[视频]

Caterina Lamuta使用智能材料。

可以安全地说，3D显示器不一定发生在自然界中 - 除非一个人认为包括鱿鱼和章鱼的鱿鱼和八达通，作为生命的3D显示，可以使其变形并为伪装目的而创造复杂的形状和纹理，以便伪装目的或拖动控制。现在，来自爱荷华大学和伊利诺伊大学的研究团队在Urbana-Champaign开发了一个由Cephalopod启发的智能皮肤，可用于3D显示器，作为视觉受损的界面，并帮助减少船只在海上拖累车辆。

在一项研究中发表于先进材料技术，该团队由爱荷华大学机械工程助理教授，以及伊利诺伊大学的机械工程助理教授，伊利诺伊州伊巴纳 - 香槟大学的教授，曾担任Caterina Lamuta，发现使用扭曲和卷绕聚合物纤维产生人工肌肉可以产生能够精细运动和形状调制的轻质智能皮肤。

头部皮肤是一种3D显示器，其中乳头肌肉将每个体素的突出物控制在皮肤平面中的几毫米，产生分层纹理，并在一秒钟的一小部分中集体改变整体皮肤模式。我们开发了一种能够使用扭曲螺旋人工肌肉（TSAMS）的机电致动来模仿这种反应的材料系统。TSAMS利用其扭曲几何形状的机制将平面延伸8毫米，对应于2000％的菌株，使用仅0.02 V mm1。−它们由用螺旋金属线包裹的聚合物纤维制成。这些致动器在可伸展的皮肤上组装，具有所需的柔性电连接，形成数字纹理体仪（DTV）阵列。DTV阵列可按需产生任意3D表面模式，并提供控制流体动力阻力，伪装和触觉显示器的机会。

在Cephalopods中，体素由动物的乳头肌肉控制，使其皮肤呈现多种形式，向外突出，并在几秒钟内采取新的形状。该团队从Cephalopods'Papillae中获取了灵感，以从扭曲的螺旋人工肌肉（TSAMs）再现数字纹理体素（DTV）。输入电压仅为0.2V / cm，TSAMS提供2000％的行程，粗糙度曲线范围为几微米至一厘米。“这些轻量级扭曲的螺旋人工肌肉占据了基于传统电动和气动执行器的重型和笨重的装置，”Lamuta表示。“我们使用小型电动冲动而不是重型电源和嘈杂的空气压缩机来致力于致力于更精确的运动和一般易用性。”

一系列鞘内控制的TSAMS嵌入到软材料中以再现柔软，可拉伸和智能的皮肤，能够执行潜在无限数量的输出纹理和形状。“DTV提供了我们所谓的纹理和模式，”Lamuta说。“因为我们的DTV是如此轻巧灵活，我们相信他们的使用可以为几种应用铺平道路，从水下车辆和机器人的流体动力阻力控制范围内，3D显示器和虚拟现实和机器人的触觉反馈设备的开发手术。”

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Lamuta和她的团队的工作得到了伊利诺伊州Urbana-Champaign大学，美国海军研究，国家科学基金会和美国空军的伊利诺伊州厄巴纳 - 香槟大学先进科学和技术研究所支持。

参考：Caterina Lamuta，Honglu He，Kaiao Zhang，Michael Rogalski，Nance Sottos和Surdh Tawfick，2019年5月29日，先进材料技术.DOI：
10.1002 / admt.201900260