研究人員最近開發出一種新型的細纖維驅動器，該技術有望為安全的柔性機器人和適合人體的可穿戴設備鋪平道路。這項研究由東北大學的研究人員與來自法國的國際合作夥伴共同進行，這種超細的柔性纖維驅動器在通電後能夠彎曲、收縮，並產生複雜的三維運動。研究人員郭媛媛表示，通過將纖維製造技術與柔性電活性材料相結合，成功創造出目前報導中最薄和最柔軟的電驅動器之一。
由於這種驅動器呈線狀，因此可以輕鬆集成到紡織品和柔性結構中。柔性驅動器是將電能轉換為運動的材料，這些材料在下一代技術中至關重要，包括柔性機器人、醫療設備和可穿戴輔助系統。然而，許多傳統驅動器依賴於金屬材料，例如形狀記憶合金，這些材料通常相對僵硬、自由度有限，並且通常需要涉及加熱或磁場的複雜激活方法。
研究團隊透露，他們採用了最初為光纖生產開發的製造技術，稱為熱拉伸。通過優化的拉伸過程，研究人員製造出與人類頭髮粗細相當的驅動器纖維，同時保持其機械柔軟性和靈活性。新型驅動器的核心是熱塑性聚氨酯，這是一種高柔性材料，可以作為介電彈性體，意味著在施加電場時會變形。
通過確定與熱拉伸兼容的處理條件，團隊成功生產出能夠對電壓做出反應的纖維，實現彎曲、收縮和三維波動運動。團隊強調，纖維的線狀形狀對於實際應用至關重要。與平面或笨重的驅動器不同，這種新設備可以卷成螺旋形、編織成布料，或織入複雜的三維結構中。這使得該驅動器能夠產生傳統平面系統難以實現的運動，同時保持柔軟、橡膠般的機械觸感，適合與人體直接接觸。
發表在《ACS Omega》期刊上的論文指出，驅動器纖維常常存在高剛度、自由度有限以及由於使用剛性材料（例如形狀記憶合金或磁性設置）進行場控制而導致的複雜激活設置等問題。為了克服現有熱拉伸纖維驅動器系統的限制，本研究展示了基於介電彈性體的全聚合物柔性驅動器纖維的開發，旨在提供增強的機械柔韌性和提高的激活自由度。研究人員表示，選擇熱塑性聚氨酯（PU）彈性體作為主要材料，是因為其與熱拉伸過程的兼容性及在施加電場下的電活性反應。
團隊還透露，所產生的介電彈性體驅動器（DEA）纖維具有固有的柔軟性，整體楊氏模量為 37 MPa，使得在彎曲、壓縮和三維旋轉運動中具備高自由度的電控驅動模式。根據研究，在 1 Hz 的驅動頻率和 2.4 MV/m 的電場下，實現了約 1.59% 的壓縮應變，這與文獻報導的數值相符。
