在软体机器人、触觉传感和人造假肢等领域，开发能够高效将电能转化为机械能的人工肌肉一直是一项重大挑战。传统介电弹性体材料在低驱动电场下的输出性能长期受限于其有限的机电灵敏度。

2025年12月4日，上海交通大学朱向阳教授、谷国迎教授联合江西科技师范大学卢宝阳教授在Science上在线发表了题为“Semiseparated biphasic bicontinuous dielectric elastomer for high-performance artificial muscle”的研究论文。上海交通大学机械与动力工程学院的博士研究生石笑天和邹江副教授为论文共同第一作者。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr3521

研究团队提出了一种“异交联诱导相分离”策略，研制出具有半分离双相贯通结构的介电弹性体（SBE），将机电灵敏度提升至360 MPa⁻¹，为高性能人工肌肉的发展提供了新途径。

该策略利用了两种硅橡胶不同的交联机制，通过其异交联动力学的差异，引导两相在微米尺度自发组装。其中高介电常数的介电（D）相通过主链交联形成贯穿网络，而低杨氏模量的机械（M）相通过侧链交联构成力学骨架，形成边界融合、相互贯通的双相结构。这种微观结构既保持了材料的低杨氏模量，同时提高了其介电常数和击穿电场。

实验表明，仅含10%D相的SBE材料，其杨氏模量约为10 kPa，相对介电常数为3.6，实现了高的机电灵敏度。基于此材料制备的人工肌肉，在无需预拉伸的情况下，在35 V/μm的电场下实现了90%的面积应变。

基于此，研究团队研制了高性能剪切型人工肌肉。实验结果表明，在较低电场驱动下，不同配比的人工肌肉均展现出优异的驱动应变能力。譬如，无需预拉伸即可产生超过50%的线性应变，应变速率高达400%/s，能量密度达到375 J/kg等，充分展现了双相结构在提升人工肌肉综合性能方面的作用。

进一步，研究团队制备出堆叠式和卷绕式两种结构的人工肌肉。实验结果表明：堆叠式人工肌肉在高频下，实现了21.76 kPa的阻塞应力密度和2250 W/kg的功率密度。一个重1.2克的堆叠式人工肌肉能够在300克负载下往复运动，线性应变达91%。

为展示其应用潜力，团队研发了由四个SBE人工肌肉驱动的仿人机械臂，具有119.3°的运动范围，0.24 N·m的输出扭矩。此外，研制的多模态软体爬行机器人在300 Hz驱动频率下实现了22身长/秒的快速运动，通过调整前后肌肉的驱动相位即能实现前进、后退的切换，在弯曲管道和复杂胃模型等非结构化环境中穿行。

这项研究通过材料设计、器件开发与软体机器人应用，展示了介电弹性体人工肌肉在机电灵敏度、输出力、功率密度和使用寿命等方面的新性能，为下一代高性能、电驱动软体机器人研发提供了新的技术路径。

朱向阳，上海交通大学讲席教授。主要从事机器人学与生机电一体化智能系统技术研究。先后主持承担国家杰出青年科学基金项目、973计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大研究计划集成项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目等科研课题。研究成果获国家技术发明二等奖和国家自然科学二等奖，发表学术论文300余篇。现担任中国机械工程学会机器人分会副主任委员、上海市机器人学会理事长。

谷国迎，上海交通大学特聘教授。主要研究方向：软体机器人、灵巧操作与感知、智能可穿戴系统等。主持承担了国家自然科学基金杰出青年科学基金、国家重点研发计划项目、上海市科委项目等国家和省部级项目十余项；在Science、Science Robotics、Science Advances、Nature Biomedical Engineering、Nature Reviews Materials、Nature Communications、IEEE Trans. Robotics、《中国科学》等期刊发表学术论文150余篇，授权发明专利20余件；获上海市自然科学一等奖、教育部自然科学一等奖和科学探索奖；现任Soft Robotics、IEEE Trans. Automation Science and Engineering、Soft Science等期刊副主编，曾任IEEE Trans. Robotics、IEEE Robotics and Automation Letters的副主编。

卢宝阳，江西科技师范大学教授。主要从事功能高分子材料开发、加工集成技术及应用研究。主持国家自然科学基金、中央引导地方科技发展专项、江西省杰出青年基金等各类项目十余项。以第一/通讯作者在Science、Nature Materials、Nature Reviews Materials、Advanced Materials等国际期刊发表SCI论文200余篇，授权发明专利20余项；获江西省自然科学一等奖、江西省科学技术青年奖等奖励；获全国优秀教师等荣誉。

邹江，上海交通大学副教授，主要研究介电作动软体机器人。主持了国家自然基金面上、青年，上海市面上等国家和省部级项目/课题8项；在机器人学、机电一体化等领域的国际权威期刊（如Science、Science Robotics、Science Advances、Nature Communications、National Science Review、IEEE Transactions on Robotics、IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、Mechanical Systems and Signal Processing等）发表学术论文40余篇。获上海市自然科学一等奖，入选中国科协青年人才托举工程、上海市晨光计划、上海市超级博士后激励计划等，担任Soft Science等期刊的青年编委。

石笑天，上海交通大学机械与动力工程学院博士研究生，研究方向聚焦于介电弹性体驱动器及其在软体机器人与可穿戴触觉反馈领域的应用。博士期间致力于高性能介电弹性体驱动器的设计开发，并深入探索其在可穿戴柔性触觉反馈装置中的核心技术。此前于西安交通大学获得机械工程学士学位。