CN117532596B - 一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件及方法；该人工肌肉纤维集束器件组成包括螺旋形人工肌肉纤维基本单元、封装材料、电极接口和驱动控制系统；人工肌肉纤维基本单元可响应外加电场而伸长或收缩；多根人工肌肉纤维基本单元采取并联或串联结合、并联和串联结合的方式集束，并将每根基本单元的两根引线接入电极接口，最终整体封装制备成人工肌肉纤维集束器件。本发明提供的人工肌肉纤维集束器件可通过驱动控制系统完成对单根纤维基本单元的协同控制，实现集束的伸长、收缩、弯曲和扭转运动模式，同时具有应变自感知、高电学稳定性等特点，适用于柔性机器人、类人机器人、智能假肢、管道机器人、水下机器人等应用场景。
Description
技术领域
本发明属于人工肌肉材料技术领域，具体涉及一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件及方法。
背景技术
人工肌肉是一类在外刺激源的作用下可以产生伸缩、膨胀、弯曲、扭转等一系列基本运动的柔性材料和器件的统称。电驱动人工肌肉可以响应外加电场，具有大形变、响应频率高、能量密度高、能量转换效率高等特点，是最有潜力的人工肌肉材料之一。基于电驱动人工肌肉开发的柔性机器人、微流控等装置在医疗服务、深海探测、军事侦察等领域具有广阔的应用前景。
规模化应用人工肌肉需要构建模块化集成的器件，即人工肌肉集束器件，以提高运动自由度，同时增加输出力、功率等的绝对值，如Nicholas Kellaris等（Kellaris N,Gopaluni Venkata V, Smith G M, et al. Peano-HASEL actuators: Muscle-mimetic,electrohydraulic transducers that linearly contract on activation[J]. ScienceRobotics, 2018, 3(14): eaar3276.）设计了一种电-液压转换驱动的人工肌肉基本单元，并将6个基本单元进行了堆叠得到集束器件，提升了输出力值，但是堆叠后的各个人工肌肉基本单元并不能单独控制，集束器件仅能整体收缩；Chortos A 等研究者 (Chortos A,Mao J, Mueller J, et al. Printing reconfigurable bundles of dielectricelastomer fibers[J]. Advanced Functional Materials, 2021, 31(22): 2010643.)报道了一种基于3D打印制备的人工肌肉纤维集束，并演示了伸长和循环旋转运动能力，但由于组成集束的基本单元运动能力的限制，无法实现电压驱动的主动收缩。
上述现有技术研究凸显出的已有人工肌肉纤维集束在多种运动模式、集束控制上的缺点，这极大地限制了人工肌肉纤维集束器件的实际应用和发展。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提出了一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件及方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件，主要由人工肌肉纤维基本单元、封装材料、电极接口和驱动控制系统组成；多根人工肌肉纤维基本单元采取串联或并联、串联和并联的方式集束，每根人工肌肉纤维基本单元均设有两根引线，通过引线将人工肌肉纤维基本单元接入电极接口；将多根人工肌肉纤维基本单元组成的人工肌肉纤维集束与电极接口通过封装材料进行封装，形成人工肌肉纤维集束器件；人工肌肉纤维集束器件通过驱动控制系统实现伸长、收缩、弯曲和扭转运动。
进一步地，所述人工肌肉纤维基本单元具有螺旋形纤维形态，其在外加电场作用下实现伸长和收缩运动。
进一步地，所述人工肌肉纤维基本单元的材料组成包括绝缘材料和柔性电极材料；所述绝缘材料包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英等有机或无机材料中的一种或多种复合；所述柔性电极材料包括柔性电极、金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、导电胶带中的一种或多种。
进一步地，所述人工肌肉纤维基本单元采取串联或/和并联方式；多根相同直径或者不同直径尺寸的人工肌肉纤维基本单元以平行排列、以六边形紧密堆砌排列、以大直径人工肌肉纤维基本单元嵌套一根或多根小直径人工肌肉纤维基本单元排列、以及组合排列；所述人工肌肉纤维基本单元采取并联方式集束时，其保持竖直、弯曲或扭转状态；所述人工肌肉纤维基本单元在弯曲状态时，其弯曲角度为0°-180°；所述人工肌肉纤维基本单元在扭转状态时，其扭转角度为0°-360°。
进一步地，所述电极接口为单独的人工肌肉纤维基本单元提供电压，而不受其余电极接口的影响；所述电极接口为单独的人工肌肉基本纤维单元提供的电压为-30KV至+30KV。
进一步地，所述封装材料内填充介电液、硅油、水凝胶、油凝胶和空气其中一种或多种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当封装材料以硅油、变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用柔性橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体质量分数为1.0%-99.9%。
进一步地，所述驱动控制系统包含任意函数发生器、数据采集系统、高压放大器、LCR表和数字源表；所述驱动控制系统提供驱动电压时，人工肌肉纤维集束中的每根人工肌肉纤维基本单元单独控制其自身伸长或收缩，以实现集束整体的多种运动模式，包括收缩、伸长、弯曲和扭转；所述驱动控制系统通过在驱动电压信号中复合高频感知电信号实现检测，其中高频感知电信号的频率为1KHz-1MHz、电压为0-1 V。
一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备若干根人工肌肉纤维基本单元，每根人工肌肉纤维基本单元上设有两根引线；
（2）将步骤（1）制备得到的人工肌肉纤维基本单元采取串联或/和并联方式集束，得到人工肌肉纤维集束；其中，若干根螺旋直径相同或不同的纤维基本单元以平行排列、多边形紧密堆砌排列、以大直径人工肌肉纤维基本单元嵌套一根或若干根小直径人工肌肉纤维基本单元排列、以及组合排列；排列组合中，人工肌肉纤维基本单元保持竖直、弯曲或扭转状态；
（3）将人工肌肉纤维集束中的每根人工肌肉纤维基本单元的两根引线接入电极接口；
（4）将人工肌肉纤维集束和电极引线整体用封装材料进行封装，得到可驱动的人工肌肉纤维集束器件。
一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件在制备智能驱动装置和机构中的应用。
进一步地，所述智能驱动装置和机构包括柔性机器人、类人机器人、智能假肢、管道机器人和水下机器人。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、相比于现有的纤维形人工肌肉，本发明公开的电驱动人工肌肉纤维集束的基本组成单元为螺旋形态纤维，可实现纤维基本单元的单独控制和协同；集束器件可以实现更多的运动模式如伸长、收缩、弯曲、扭转，实现更多的运动自由度。
2、相比于现有的电驱动人工肌肉集束，本发明具有应变自反馈能力，可以实现更好的运动精准性和操控性。
3、相比于现有的电驱动人工肌肉，本发明通过外部封装使其具有电学自修复特性，极大提高了电学稳定性，不容易发生高压击穿失效，适用于类人机器人、智能假肢等应用。
4、相比于已有的人工肌肉纤维集束器件的制备方法，本发明公开的制备方法可实现人工肌肉纤维的长距离连续制造，具有更强的微结构设计能力和和电学稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案或具体实施方式，下面将对本发明的技术描述和具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的人工肌肉纤维基本单元的六边形并联集束方式侧面示意图；
图2为本发明实施例1制备的人工肌肉纤维基本单元的六边形并联集束方式的上端结构俯视图；
图3为本发明实施例1制备的人工肌肉纤维基本单元的六边形并联集束方式的下端结构俯视图；
图4为本发明实施例2制备的人工肌肉纤维基本单元的多尺寸嵌套并联集束方式示意图；
图5为本发明实施例3中人工肌肉纤维集束驱动控制系统的示意图；
图6为本发明实施例3中人工肌肉纤维集束通过应变自感知测试获得的电容变化率比值和敏感度。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性以及实施方案的更加详细的描述。应理解为本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，应以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的本质、范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“ 包含”、“ 包括”、“ 具有”、“ 含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。
本发明提供的一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件，主要由人工肌肉纤维基本单元、封装材料、电极接口和驱动控制系统组成；多根人工肌肉纤维基本单元采取串联或并联、串联和并联的方式集束，每根人工肌肉纤维基本单元均设有两根引线，通过引线将人工肌肉纤维基本单元接入电极接口；然后将人工肌肉纤维基本单元组成的人工肌肉纤维集束与电极接口通过封装材料进行封装，形成人工肌肉纤维集束器件；人工肌肉纤维集束器件通过驱动控制系统实现伸长、收缩、弯曲和扭转运动。
所述人工肌肉纤维基本单元具有螺旋形纤维形态，且具有外加电场响应能力，其在外加电场作用下实现伸长和收缩运动。人工肌肉纤维基本单元的两根引线可以在纤维的同一侧或这分布在两侧；相对应的电极接口可以在同一侧或两侧。
人工肌肉纤维基本单元的材料组成包括绝缘材料和柔性电极材料；所述绝缘材料包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英等有机或无机材料中的一种或多种复合；所述柔性电极材料包括柔性电极，包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、导电胶带中的一种或多种。
人工肌肉纤维基本单元采取串联或/和并联方式；多根相同直径或者不同直径尺寸的人工肌肉纤维基本单元以平行排列、以六边形紧密堆砌排列、以大直径人工肌肉纤维基本单元嵌套一根或多根小直径人工肌肉纤维基本单元排列、以及组合排列；所述人工肌肉纤维基本单元采取并联方式集束时，其保持竖直、弯曲或扭转状态；所述人工肌肉纤维基本单元在弯曲状态时，其弯曲角度为0°-180°；所述人工肌肉纤维基本单元在扭转状态时，其扭转角度为0°-360°。
电极接口为单独的人工肌肉纤维基本单元提供电压，而不受其余电极接口的影响；所述电极接口为单独的人工肌肉纤维基本单元提供的电压在-30KV至+30KV之间。
封装材料内填充介电液、硅油、水凝胶、油凝胶和空气其中一种或多种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当封装材料以硅油、变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用柔性橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体质量分数为1.0%-99.9%。
驱动控制系统包含任意函数发生器、数据采集系统、高压放大器、LCR表和数字源表；所述驱动控制系统提供驱动电压时，人工肌肉纤维集束中的每根人工肌肉纤维基本单元可单独控制其伸长或收缩，以实现集束整体的多种运动模式，包括收缩、伸长、弯曲和扭转；所述驱动控制系统通过在驱动电压信号中复合高频感知电信号实现检测，其中高频感知电信号的频率为1KHz-1MHz、电压为0-1 V。
本发明的人工肌肉纤维集束器件以及人工肌肉纤维基本单元可以应用在制备智能驱动装置和机构中，适用于柔性机器人、类人机器人、智能假肢、管道机器人、水下机器人等应用场景。
本发明提供的一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备多根所需的人工肌肉纤维基本单元，可根据需要改变其尺寸如螺旋直径、长度等；
（2）将上述制备的人工肌肉纤维基本单元采取串联或/和并联方式得到纤维集束，具体可以是多根螺旋直径相同或不同的人工肌肉纤维基本单元以平行排列、多边形紧密堆砌排列、以大直径人工肌肉纤维基本单元嵌套一根或多根小直径人工肌肉纤维基本单元排列、以及组合排列；排列组合中，人工肌肉纤维基本单元可以保持竖直、弯曲或扭转状态；
（3）将人工肌肉纤维集束中的每根人工肌肉纤维基本单元的两根电极引线接入对应的电极接口；
（4）将人工肌肉纤维集束和电极引线整体用介电液、薄膜等封装材料进行封装，得到可驱动的人工肌肉纤维集束器件。其中封装材料内填充介电液、硅油、水凝胶、油凝胶和空气其中一种或多种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当封装材料以硅油、变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用柔性橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体质量分数为1.0%-99.9%。
实施例1
参见图1、图2和图3；图1为实施例1制备的人工肌肉纤维基本单元的六边形并联集束方式侧面示意图，其中编号1-7分别代表人工肌肉纤维基本单元1-7；图2为实施例1制备的人工肌肉纤维基本单元的六边形并联集束方式的上端结构俯视图，其中编号1-7分别代表人工肌肉纤维基本单元1-7的上端所在位置；图3为实施例1制备的人工肌肉纤维基本单元的六边形并联集束方式的下端结构俯视图，其中编号1-7分别代表人工肌肉纤维基本单元1-7的下端所在位置。
本实施例以聚偏氟乙烯作为人工肌肉纤维基本单元的绝缘材料，以导电银浆为柔性电极层材料，以变压器油作为介电液封装材料，用以制备人工肌肉纤维集束样品。具体步骤如下：
步骤1：将7根外径为3mm,内径为2mm的人工肌肉纤维基本单元的上端以正六边形式排列，并将上端引线接入电极接口。
步骤2：将上述的7根人工肌肉纤维基本单元的下端同样以正六边形式排列，并将肌肉纤维顺时针旋转60°，并将下端的引线接入电极接口。
步骤3：将上述步骤2处理后的样品置于110°C烘箱2小时。
步骤4：将上述步骤3得到的样品封装至变压器油中得到人工肌肉纤维集束样品。
步骤5：将人工肌肉纤维集束样品连接至驱动控制系统，并施加幅值10kV，1Hz的驱动电压至所有人工肌肉纤维基本单元：当所有基本单元收缩时，人工肌肉纤维集束样品整体产生周期逆时针扭转运动（最大扭转角度32°）；当所有人工肌肉纤维基本单元伸长时，人工肌肉纤维集束样品整体产生周期顺时针扭转运动（最大扭转角度20°）。
步骤6：驱动控制系统施加并施加幅值10kV，1Hz的驱动电压至纤维基本单元4、5、6，同时人工肌肉纤维基本单元1、2、3、7不施加电压时，集束向左侧弯曲，最大角度为15°；驱动控制系统施加并施加幅值10kV，1Hz的驱动电压至人工肌肉纤维基本单元1、2、3，同时人工肌肉纤维基本单元4、5、6、7不施加电压时，集束向右侧弯曲，最大角度为15°。
实施例2
参加图4，图4为实施例2制备的人工肌肉纤维基本单元的多尺寸嵌套并联集束方式示意图，图中1-4分别为外/内径为5/4mm, 4/3 mm, 3/2 mm, 2/1mm的人工肌肉纤维基本单元。
本实施例以聚丙烯作为人工肌肉纤维基本单元的绝缘材料，以银纳米线为柔性电极层材料，以硅油作为介电液封装材料，用以制备人工肌肉纤维集束样品。具体步骤如下：
步骤1：将4根外/内径分为5/4mm, 4/3 mm, 3/2 mm, 2/1mm的人工肌肉纤维基本单元以嵌套的形式并联组合。
步骤2：将上述的4根人工肌肉纤维基本单元的的两根引线接入电极接口。
步骤3：将上述步骤2处理后的样品置于110°C烘箱2小时。
步骤4：将上述步骤3得到的样品封装至硅油中得到人工肌肉纤维集束样品。
步骤5：将人工肌肉纤维集束样品连接至驱动控制系统，并施加幅值8kV，1Hz的驱动电压至所有人工肌肉纤维基本单元：当所有人工肌肉纤维基本单元收缩时，人工肌肉纤维集束样品整体产生周期收缩运动（最大应变50%）；当所有人工肌肉纤维基本单元伸长时，人工肌肉纤维集束样品整体伸长运动（最大应变7%）。
实施例3
参见图5和图6，图5为实施例3中人工肌肉纤维集束驱动控制系统的示意图，图中1-3分别为嵌套组合1-3，4为任意函数发生器，5为数据采集系统，6为高压放大器，7为整体的肌肉纤维集束器件，8为电容/电流检测系统；图6为实施例3中人工肌肉纤维集束的应变自感知测试获得的电容变化率比值和敏感度。
本实施例以聚丙烯作为人工肌肉纤维基本单元的绝缘材料，以银纳米线为柔性电极层材料，以硅油作为介电液封装材料，用以制备人工肌肉纤维集束样品。具体步骤如下：
步骤1：将4根外/内径分为5/4mm, 4/3 mm, 3/2 mm, 2/1mm的人工肌肉纤维基本单元以嵌套的形式并联得到嵌套组合。
步骤2：重复步骤1，得到3个上述的嵌套形式的并联组合编号1-3，并将3个并联组合平行排列，将所有纤维上的引线接入电极接口。
步骤3：将上述步骤2处理后的样品置于110°C烘箱2小时。
步骤4：将上述步骤3得到的样品封装至硅油中得到人工肌肉纤维集束样品。
步骤5：将人工肌肉纤维集束样品连接至驱动控制系统，并施加幅值8kV，1Hz的驱动电压至所有人工肌肉纤维基本单元：当所有人工肌肉纤维基本单元收缩时，人工肌肉纤维集束样品整体产生周期收缩运动（最大应变50%）；当所有人工肌肉纤维基本单元伸长时，人工肌肉纤维集束样品整体伸长运动（最大应变7%）。
步骤6：驱动控制系统施加幅值10kV，2.5Hz的驱动电压至组合1，组合2、组合3不施加电压时，集束向左侧弯曲，最大角度为10°；驱动控制系统施加并施加幅值为10kV，2.5Hz电压至组合3，组合1、组合2不施加电压时，集束向左侧弯曲，最大角度为10°。
步骤7：驱动控制系统施加0.01V,1kHz的正弦感知电压与驱动电压组合，并监控不同驱动应变下的电容变化率比值和测试敏感度，参见图6。
经测试，上述实施例中的人工肌肉纤维集束通过单根人工肌肉纤维基本单元的协同控制实现了人工肌肉纤维集束样品整体的伸长、收缩、弯曲和扭转的运动模式，并通过监控电容值变化实现了应变自感知。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件，其特征在于，主要由人工肌肉纤维基本单元、封装材料、电极接口和驱动控制系统组成；多根人工肌肉纤维基本单元采取串联或并联、串联和并联的方式集束，每根人工肌肉纤维基本单元均设有两根引线，通过引线将人工肌肉纤维基本单元接入电极接口；将多根人工肌肉纤维基本单元组成的人工肌肉纤维集束与电极接口通过封装材料进行封装，形成人工肌肉纤维集束器件；人工肌肉纤维集束器件通过驱动控制系统实现伸长、收缩、弯曲和扭转运动；
所述人工肌肉纤维基本单元具有螺旋形纤维形态，其通过集束成人工肌肉纤维集束器件后在外加电场作用下实现伸长、收缩、弯曲和扭转运动；
所述人工肌肉纤维基本单元采取串联或/和并联方式；多根相同直径或者不同直径尺寸的人工肌肉纤维基本单元以平行排列、以六边形紧密堆砌排列、以大直径人工肌肉纤维基本单元嵌套一根或多根小直径人工肌肉纤维基本单元排列、以及组合排列；所述人工肌肉纤维基本单元采取并联方式集束时，其保持竖直、弯曲或扭转状态；所述人工肌肉纤维基本单元在弯曲状态时，其弯曲角度为0°-180°；所述人工肌肉纤维基本单元在扭转状态时，其扭转角度为0°-360°；
所述驱动控制系统包含任意函数发生器、数据采集系统、高压放大器、LCR表和数字源表；所述驱动控制系统提供驱动电压时，人工肌肉纤维集束中的每根人工肌肉纤维基本单元单独控制其自身伸长或收缩，以实现集束整体的多种运动模式，包括收缩、伸长、弯曲和扭转；所述驱动控制系统通过在驱动电压信号中复合高频感知电信号实现检测，其中高频感知电信号的频率为1KHz-1MHz、电压为0-1 V。
2.根据权利要求1所述的具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件，其特征在于，所述人工肌肉纤维基本单元的材料组成包括绝缘材料和柔性电极材料；所述绝缘材料包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英的有机或无机材料中的一种或多种复合；所述柔性电极材料包括柔性电极，包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、导电胶带中的一种或多种。
3.根据权利要求1中所述的具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件，其特征在于，所述电极接口为单独的人工肌肉纤维基本单元提供电压，而不受其余电极接口的影响；所述电极接口为单独的人工肌肉基本纤维单元提供的电压为-30KV至+30KV。
4.根据权利要求1中所述的具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件，其特征在于，所述封装材料内填充介电液、硅油、水凝胶、油凝胶和空气其中一种或多种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当封装材料以硅油、变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用柔性橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体质量分数为1.0%-99.9%。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备若干根人工肌肉纤维基本单元，每根人工肌肉纤维基本单元上设有两根引线；
（2）将步骤（1）制备得到的人工肌肉纤维基本单元采取串联或/和并联方式集束，得到人工肌肉纤维集束；其中，若干根螺旋直径相同或不同的纤维基本单元以平行排列、多边形紧密堆砌排列、以大直径人工肌肉纤维基本单元嵌套一根或若干根小直径人工肌肉纤维基本单元排列、以及组合排列；排列组合中，人工肌肉纤维基本单元保持竖直、弯曲或扭转状态；
（3）将人工肌肉纤维集束中的每根人工肌肉纤维基本单元的两根引线接入电极接口；
（4）将人工肌肉纤维集束和电极引线整体用封装材料进行封装，得到可驱动的人工肌肉纤维集束器件。
6.一种权利要求1-4任一项所述的具有多种运动模式的人工肌肉纤维集束器件在制备智能驱动装置和机构中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述智能驱动装置和机构包括柔性机器人、类人机器人、智能假肢、管道机器人和水下机器人。
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