生物凝胶类仿生人工肌肉是一种电致动聚合物,在外加电场作用下,能产生可逆的弯曲偏转和输出力,并可等温地将电能转换为机械能。由于它具有变形量大、结构简单、能量密度高、质量轻、无噪音和成本低等优点,现已成为了国内外科技创新的研究热点。然而,目前仿生人工肌肉的制备材料,大多为人工合成而鲜有人采用天然高分子聚合物,其生物相容性好且可生物降解。此外,仿生人工肌肉在电致动位移及其力输出的过程中,存在着周期性震颤现象,这严重影响了其工作效率和稳定性。因此,本文以海藻酸钠为主要原料制备仿生人工肌肉,整个工艺过程绿色环保、简便可靠。并对仿生人工肌肉的输出力震颤行为特性进行了研究总结,深入分析了各工艺因素对其震颤行为的影响规律及影响机理,以达到改善样件的输出力性能和推动应用发展目的,主要研究内容如下:（1）根据仿生人工肌肉的类“三明治”结构特性,提出其输出力震颤行为的三种工艺影响因素,即离子液体掺杂、壳聚糖交联和双面浇铸装配。以天然高分子海藻酸钠为主要原料,制备了仿生人工肌肉,详细给出了其绿色工艺流程。系统定义了其输出力震颤行为和工作寿命,并按照震颤持续时间,把输出力震颤行为分成三类:阵发性震颤、持续性震颤和永久性震颤,提出了三种震颤行为特性的评价方法。搭建力-电实验平台,测试分析了各样件的性能参数及其力学、电化学和微观结构的表征。基于正交试验设计完成了标准样件的尺寸与测试电压值,记作长35mm-宽8mm-厚度1层（0.352mm）-4V。（2）在单/重复工作周期,研究了离子液体掺杂工艺因素对仿生人工肌肉的输出力震颤行为特性的影响规律及影响机理:实质影响内部孔隙率和可自由移动带电离子量。离子液体掺杂量为4ml时,凝胶电致动膜实现最佳改性,其内部呈现出疏松多孔的离子通道结构（孔隙率70.47%）,相比于未掺杂提高1.4倍;弹性模量和内电阻均为最小1.871MPa与2.018Ω,比电容最大126.98mF/g;样件的输出力及其震颤行为特性达到了最优,即稳定输出力密度13.072mN/g（提高1.1倍）、工作寿命1720s（延长19.5倍）。样件的输出力性能与其导电特性呈正相关性,即稳定输出力越大、则通过电流也越大,反之亦然。它在空气中的电致动输出力及其弯曲偏转行为,具有极好的可逆性与重现性。（3）基于单/重复工作周期,探究了海藻酸钠与壳聚糖的生物交联工艺因素对仿生人工肌肉的输出力震颤行为特性的影响规律及影响机理:实质上影响了其内部结晶度。当生物交联比例为5:5时,凝胶电致动膜实现最佳交联,其内部高分子结构会充分配合、性能协同（结晶度26.08%）,相比于未交联下降58.01%;弹性模量和内电阻均为最小0.207MPa与1.616Ω,比电容最大值99.58mF/g;样件的输出力及其震颤行为特性达到了最优,即稳定输出力密度7.213mN/g（提高35.94%）、工作寿命1020s（延长5.6倍）。进一步,推导得出了样件的弯曲变形力、通过电流及其弯曲刚度之间的定性关系公式。（4）在单/重复工作周期,研究了双面浇铸装配工艺因素对仿生人工肌肉的输出力震颤行为特性的影响规律及影响机理:致使凝胶膜层间形成渗透层,降低界面接触电阻。在双面浇铸温度为50℃时,各层凝胶膜实现了最佳连接,其膜层间界面处的渗透层厚度达到最大（渗透层厚度6μm）;失水率、弹性模量和内电阻都为最小0.176%、5.934MPa与1.91Ω,比电容最大551.34mF/g;样件的输出力及其震颤行为特性达到了最优化,即稳定输出力密度16.249mN/g（提高1.6倍）、工作寿命891s（延长了9.6倍）。该工艺因素有效促进了电致动膜内部的水合带电离子的积累量及其迁移速率的大小与保持性。（5）对于凝胶膜的渗透界面层厚度,建立了对仿生人工肌肉器件的力学影响模型。从仿生人工肌肉类“三明治”结构与失效问题入手,分析得含梯度渗透界面层的悬臂梁模型。按照线弹性平面规律,研究了应力平衡微分、几何与物理方程、应变协调方程。采用应力函数法和悬臂梁近似理论,推导了样件的弯曲应力及位移方程。并结合其弯曲变形力公式,建立出基于渗透界面层厚度的样件力学影响模型。由各样件的性能参数,计算出弯曲应力解析解;再分别与实际输出力对比,得出其变化趋势一一相反。这充分证实了弯曲变形力一定时,样件内部弯曲应力与实际输出力呈负相关性。当其总膜厚度一定时,增加样件内部凝胶膜的渗透界面层厚度,能显著改善其输出力及震颤行为特性;即样件的弯曲应力小、承受能力强、偏转位移大,不易疲劳失效、工作稳定性高。