其实人造肌肉这个名字取得不是很好，更贴切的名字应该叫电活性智慧材料。因为我是做水中机器人方向的，所以接下来的举例我就以水中机器人为例了。在这之前，需要来说说相关概念。
对于电力驱动机器人的驱动执行器（actuator）来说，大体可以分为两种：一种是纯机械驱动，一种是智慧材料驱动。
纯机械驱动自然就是依靠数位舵机和步进马达等，这些直接依靠机械结构的配合与运转来驱动机器人身体部位运动的驱动系统来运作。
其中，数位舵机和步进马达都是电机的一种，也俗称马达。它们的主要作用都是产生驱动转矩，作为电器或各种机械的动力源。数位舵机只需要发送一次 PWM 信号就能保持在规定的某个位置，但是转动范围有限，多为 180 度或 360 度；而步进马达则不能实现位置控制，但是却可以沿着一个方向一直转动。所以，将马达应用在机器人的关节等活动处，可以轻松实现机器人所需要的运动。
而智慧材料驱动就是依靠类似于 SMA（shape memory alloy）、EMA（electromagnetic actuation）、IPMC（ionic polymer metal composite）这些智慧材料通电或者温度变化产生的形变产生驱动力而进行运动。
SMA 的中文名叫形状记忆合金，是一种在加热升温后能完全消除其在较低温度下发生的形变，恢复其变形前原始形状的合金材料。它可以用于报警器的控制元件以及记录笔的驱动装置等。
EMA 即电磁驱动，其原理也十分简单，导体相对于磁场运动，在导体中会产生感应电流，感应电流与原磁场相互作用使导体运动起来，这就是电磁驱动。由于电磁产生的力相对较小，所以 EMA 多应用于并不需要太大力即可驱动的情况。IPMC 的中文名叫离子聚合物金属复合材料，由于其较低的驱动电压即能产生较大的位移变形，所以在机器人领域使用得较多一些，接下来我也会透过实例对这种材料进行说明。
控制精度难符实际需求
虽然表面上，智慧材料驱动是机器人驱动领域的一块新大陆，似乎可以透过对其深入挖掘和大规模的使用而大大减小机器人体积，改造其冰冷的机器外形。然而，智慧材料的形变量相对于机械驱动来讲却十分有限，精度也不够，所以很遗憾地告诉你，所谓的“人造肌肉”在机器人领域的适用范围真的很小。
下面我就以 IPMC（ionic polymer metal composite）为例，稍微说明一下。
IPMC 这种材料的特点就是，你只要对它通电，它就会产生形变。
一般是对 IPMC 厚度方向施加电压时，IPMC 会向阳极弯曲，原理见下图。那人们自然可以利用这个特点：通电——形变——驱动，把他用在机器人身上，让它产生相应的运动。而且这种材料体积小，质量轻，能够产生大运动，并且不需要轴承和滑动部件，驱动电压低。这些特点看起来，当然要好过电机那个大个头，可以减少占地空间。
但是这个肌肉的的另一个特点与机器人控制上的一个重要需求有所相左，就是控制上不太好操作。
一个数位舵机只要给一个占空比，就能让它转到我们需要的位置。但是 IPMC 的形变却是一个非线性过程，需要我一点点地标定才能最后投入使用。而且它的形变量也十分有限，最大的也只能从直的状态弯成九十度，还有一个弧度，不甚理想。
所以，这样的智慧材料可以用在控制精度不太高的地方。
例如我想控制一个机器人，让它模仿水母的喷射式推进模式一张一缩的，也不需要非得控制到张开多少，收缩多少，只要能张缩，让机器人游起来就行，这样的领域智慧材料倒是可以占据一席地位。2012 年美国 Virginia Tech 智慧材料系统与结构中心的 Joseph Najem 等人就利用 IPMC 作为驱动器，以维多利亚多管发光水母为原型，设计制作了仿生机器水母，物理样机见下图。
▲ （a）机器水母物理样机、（b）实验装置。
机器水母有一个可热缩的高分子膜构成的柔韧的腔体、一个中心柱、一个用于接线和支撑驱动器的平台、8 个用于保持上部稳定的桅杆和呈放射状的 IPMC 驱动器。该机器水母重 20g、直径 15 cm、高 5.8 cm。由于 IPMC 材料在电场作用下会产生弯曲变形，可以构建这种驱动器来模拟水母腔体的收缩和扩张过程，但是遗憾的是这只机器水母的速度只有 0.77mm/s，速度之小令人很失望。
总而言之，大多数的机器人控制中，控制精度是一个重要指标，而且鉴于运动范围比较小，所以所谓的人工肌肉并不能得到大面积的使用。
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