能够为穿戴者提供机械力的动力服，是软体机器人学家长期以来的目标。目前，少数已被验证了能降低功耗的动力服是基于电机和鲍登线（类似自行车刹车线）。这些设计需要在身体上安装一些僵硬的部件。记忆合金 、气动执行器、和介电弹性体等软体致动器原则上可以实现完全柔顺贴身的执行器。实现该目标的主要挑战在于开发软体致动器的机械性能（软体柔顺），几何构造（织物或纱线状便于集成在服装中），以及驱动性能（接近人体肌肉所需的力、应变、速度和能量效率）。
类似布料的致动器有望集成在日常服装中，在穿戴简便性以及社交接受度上都优于刚体外骨骼
2022年，韩国科学技术院Il-Kwon Oh教授，硕士生张华鹏等人通过扭结的方式构造记忆合金导线。实现的布料致动器，克服了以往针织方式的诸多问题，例如产力效率低，电热不均匀，结构拓扑不稳定。在外力变形之后，通过电热这款布料致动器，它会产生收缩，提供可观的收缩力。而且扭结构造的布料致动器本身非常柔顺，可拉伸，轻薄，能够输出足够的机械功用于人体助力场景。如下图所示，通过扭结构造布料，记忆合金导线通过电热变形，实现致动：
Knot-Architectured Fabric Actuators Based on Shape Memory Fibers, Advanced Functional Materials, 2022
问题来了，通常记忆合金是由热驱动，用合金自身的电阻产生电热的方式加热合金，使得驱动更容易被控制，因为施加的电功率大小可以直接被控制（本质上电能比热能更好控制）。然而，记忆合金作为致动器，本质上能量效率极低，大约3%。这对于穿戴应用的场景提出了极大的挑战。极低的能量效率意味着大功耗，导致了电源小型化和工作持久性之间的得失权衡。
日前，针对此问题，洛桑联邦理工学院的Herbert Shea教授、博士生张华鹏通过集成软体静电离合器到基于记忆合金的布料致动器中，设计了一款新型致动器SEFA (SMA-ESClutch Fabric Actuator)。SEFA采用布料封装的架构，将记忆合金弹簧与静电离合器做成一个致动器模块。
Clutchable Fabric Actuator for Energy‐Efficient Wearable Robots, Advanced Functional Materials, 2024
如上图(a)所示，这款致动器的概念非常简单，由于离合器功耗极低（mW级别），用于锁住记忆合金产生的位移，将避免记忆合金在提供静力时的能量浪费。图(b)是封装示意图，将记忆合金与静电离合器封装在布料中，如同三明治夹层。(c)是制备的SEFA，可折叠可弯曲，一如穿在人体身上的布料。(d)和(e)是关于该致动器的应用构想：用于辅助人搬东西或者穿戴紧身的应用。
该研究的难点在于，由于太软，在整个致动器收缩的过程中，静电离合器容易被弯折。如果单单替换基质材料，使得离合器变硬，将造成另一个问题：离合器两片不能无缝贴合，导致无法有效锁住收缩位移。软硬都不行，创造性的提出了离合器的夹层架构，既能保证其软体贴合性，又能防止在收缩的过程中被弯曲。如下图所示：
(a)显示了SEFA的架构，9根记忆合金弹簧与两对静电离合器封装在布料中，并且用针脚隔离开。一旦通电加热记忆合金，整个SEFA产生收缩。然后两片离合器相对滑移，增加接触面积。收缩完成时，关闭记忆合金的电热，打开离合器锁住收缩位移。(b)显示的是单片离合器的架构，由介电材料（12微米），铝电极（50 纳米），PET基质（0.125毫米），以及双面胶（0.19微米）和POM塑料支撑层（0.75毫米）。注意，这个支撑层和双面胶的长度非常重要。（c）显示的是记忆合金加热收缩的时候，布料也会变形。所以针脚非常重要，如果没有一些空的针脚，布料没有变形的空间，将阻碍收缩运动。(d)显示的是离合器架构中，如果没有POM塑料支撑层，离合器容易在收缩的时候被弯折，导致无法正常工作。SEFA成功演示了用于抬东西和紧身锚的作用，并且相较于没有离合器的情况节约了70%以上的能量：本工作的想法直观明了，但实现的过程中解决了诸多困难，并且对软体可穿戴机器人领域有重要意义。不足之处在于，记忆合金驱动速度仍不能与生物肌肉媲美。既是不足，也是未来重要的探索方向。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202205732https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202415099声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
