其實人造肌肉這個名字起得不是很好，更妥帖的名字應該叫電活性智能材料。因為我是做水下機器人方向的，所以接下來的舉例我就以水下機器人為例了。在這之前，需要來說說相關概念。對于電力驅動的機器人的驅動機構（actuator）來說，大體可以分為兩種：一種是純機械驅動，一種是智能材料驅動。

　　其中，數字舵機和步進電機都是電機的一種，也俗稱馬達。它們的主要作用都是產生驅動轉矩，作為電器或各種機械的動力源。數字舵機只需要發送一次 PWM信號就能保持在規定的某個位置，但是轉動范圍有限，多為180度或者360度；而步進電機則不能實現位置控制，但是卻可以沿著一個方向一直轉動。所以，將馬達應用在機器人的關節等活動處，可以輕松實現機器人所需要的運動。

　　而智能材料驅動就是依靠類似于SMA （shape memory alloy）、EMA （electromagnetic actuation）、IPMC （ionic polymer metal composite）這些智能材料通電或者溫度變化產生的形變產生驅動力而進行運動。

　　SMA的中文名叫形狀記憶合金，是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低溫度下發生的形變，恢復其變形前原始形狀的合金材料。它可以用于報警器的控制元件以及記錄筆的驅動裝置等。

　　EMA即電磁驅動，其原理也十分簡單，導體相對于磁場運動，在導體中會產生感應電流，感應電流與原磁場相互作用使導體運動起來，這就是電磁驅動。由于電磁產生的力相對較小，所以EMA多應用于并不需要太大力即可驅動的情況。IPMC的中文名叫離子聚合物金屬復合材料，由于其較低的驅動電壓即能產生較大的位移變形，所以在機器人領域使用得較多一些，接下來我也會通過實例對這種材料進行說明。

　　雖然表面上，智能材料驅動是機器人驅動領域的一塊新大陸，似乎可以通過對其深入挖掘和大規模的使用而大大減小機器人體積，改造其冰冷的機器外形。然而，智能材料的形變量相對于機械驅動來講卻十分有限，精度也不夠，所以很遺憾地告訴你，所謂的“人造肌肉”在機器人領域的適用范圍真的很小。

　　下面我就以IPMC （ionic polymer metal composite）為例，稍微說明一下。

　　一般是對IPMC厚度方向施加電壓時，IPMC會向陽極彎曲，原理見下圖。那人們自然可以利用這個特點：通電——形變——驅動，把他用在機器人身上，讓它產生相應的運動。而且這種材料體積小，質量輕，能夠產生大運動，并且不需要軸承和滑動部件，驅動電壓低。這些特點看起來，當然要好過電機那個大個頭，可以減少占地空間。

　　一個數字舵機只要給一個占空比，就能讓它轉到我們需要的位置。但是IPMC的形變卻是一個非線性過程，需要我一點點地標定才能最后投入使用。而且他的形變量也十分有限，最大的也只能從直的狀態彎成九十度，還有一個弧度，不甚理想。

　　所以，這樣的智能材料可以用在控制精度不太高的地方。

　　例如我想控制一個機器人，讓它模仿水母的噴射式推進模式一張一縮的，也不需要非得控制到張開多少，收縮多少，只要能張縮，讓機器人游起來就行，這樣的領域智能材料倒是可以占據一席地位。2012年美國Virginia Tech智能材料系統與結構中心的Joseph Najem等人就利用IPMC作為驅動器，以維多利亞多管發光水母為原型，設計制作了仿生機器水母，物理樣機見下圖。

　?。╝） 機器水母物理樣機（b）實驗裝置

　　機器水母有一個可熱縮的高分子膜構成的柔韌的腔體，一個中心柱，一個用于接線和支撐驅動器的平臺，8個用于保持上部穩定的桅桿和呈放射狀的IPMC 驅動器。該機器水母重20g、直徑15 cm、高5.8 cm。由于IPMC材料在電場作用下會產生彎曲變形，可以構建這種驅動器來模擬水母腔體的收縮和擴張過程，但是遺憾的是這只機器水母的速度只有 0.77mm/s，速度之小令人很是失望。

　　總而言之，大多數的機器人控制中，控制精度是一個重要指標，而且鑒于運動范圍比較小，所以所謂的人工肌肉并不能得到大面積的使用。