位於麻省理工學院媒體實驗室及意大利巴里理工大學的研究人員，開發出一種人工肌肉纖維，旨在匹配自然肌肉的力量、速度和控制能力，而無需依賴笨重的馬達或外部泵浦。這一系統可能會改變機器人及可穿戴設備的設計方式。研究團隊的電流流體纖維肌肉，為一種以纖維格式設計的電驅動執行器。與傳統依賴剛性馬達的機器人系統不同，這些纖維能像生物肌肉一樣收縮和延展，更適合與人類互動及緊湊的機器人設計。
每根纖維結合了兩種技術：一種被稱為薄型 McKibben 執行器的流體驅動人工肌肉，以及基於電流流體動力學的微型固態泵浦。這種泵浦可在密封的流體系統內產生壓力，且無移動部件，消除了對外部液壓設置的需求。這種方法消除了柔性機器人中的一個主要限制。首席研究員 Ozgun Kilic Afsar 表示，傳統的流體驅動系統通常依賴笨重且常常噪音大的液壓基礎設施，這使得在移動或可穿戴系統中集成變得困難。
為了克服這一挑戰，研究團隊將毫米級泵浦直接嵌入纖維中。這些泵浦通過向介電流體注入電荷來產生壓力，創造出拉動流體的離子。最終得到的是一個輕便且可擴展的系統，能夠靜音運行。Afsar 強調，將這些纖維泵浦集成到薄型 McKibben 執行器的閉合流體電路中，是一個具有挑戰性的任務。研究人員還借鑒了生物學中的一個關鍵概念，將纖維安排成對立的組合，一根收縮時另一根則伸展，這與二頭肌和三頭肌的工作方式相似。
這種配置不僅僅是為了模仿生物結構，而是因為需要在肌肉設計中儲存流體。通過將纖維配對在閉合迴路中，系統消除了對外部流體儲存裝置的需求，這在實際機器人中使用電流流體泵時長久以來一直是一個障礙。另一個關鍵要求是維持內部壓力。團隊發現，纖維必須預先加壓以避免故障。如果壓力過低，可能會發生氣蝕，形成蒸汽泡，干擾系統運作。Afsar 指出，系統能夠容忍的最低內部壓力是有一定限制的，若低於此壓力，泵浦可能會劣化或暫時停止工作。
為了防止這種情況，研究人員引入了偏壓，保持系統穩定。調整這種壓力可使工程師根據應用需求在更快的反應和更強的收縮之間進行權衡。這種設計還解決了傳統機器人的核心限制。大多數機器人肢體依賴伺服馬達產生旋轉運動，然後必須轉換為線性運動。Vito Cacucciolo 表示，大多數機器手臂和人形機器人都是圍繞驅動它們的伺服馬達設計的，這造成了集成的限制，因為伺服馬達難以密集包裝，且往往將質量集中在驅動關節附近。
相比之下，這些纖維肌肉可以分布在整個結構中，使設計更輕便且靈活。潛在應用包括外骨骼、假肢裝置，以及需要安全人機互動的柔性機器人系統。獨立專家表示，這項工作標誌著柔性驅動技術向前邁進了一步，特別是因為該系統在靜音和無移動部件的情況下運作。這項研究已發佈於《科學機器人學》期刊。
