液態金屬驅動機器人研究取得進展_風聞

來源：微信公眾號“中科院之聲”

中國科學技術大學精密機械與精密儀器系副教授張世武研究團隊、澳大利亞伍倫貢大學教授李衞華研究團隊和蘇州大學機器人與微系統中心副教授李相鵬研究團隊組成的聯合研究組，設計了基於鎵基室温液態金屬的新型機器人驅動器，首次實現了液態金屬驅動的功能性輪式移動機器人。近日，該成果以 A Wheeled Robot Driven by a Liquid‐Metal Droplet 為題，發表在《先進材料》雜誌上（Adv. Mater. 2018, 201805039）。

電影《終結者》中的液態金屬機器人“T1000”開啓了液態金屬在機器人領域應用的夢想之門。鎵基室温液態金屬具獨特的表面性質及理化特性，可以通過電場、磁場以及濃度梯度場等多種能量場或者表面改性等方式，實現變形、移動、分離以及融合等多種形態學變化，在 MEMS 、微流體、生物醫學以及機器人等領域展示出巨大的應用前景，引起國際上的廣泛關注。然而，液態金屬在機器人領域應用研究目前僅侷限於以液態金屬液滴為機器人本體，尚無基於液態金屬的功能性機器人的研究報道。

液態金屬鎵基室温液態金屬擁有巨大的表面張力，可以在極低的電場功耗下，展示出高效的運動能力。聯合研究組巧妙地將高效液態金屬驅動和變重心機構相結合，開發出結構簡單緊湊、驅動性能好的新型液態金屬機器人。研究人員設計了一種具有超疏水錶面的極輕半封閉輪式結構，將液態金屬液滴限制在狹長的輪體內部；通過巧妙設計的隨動微型電極支架施加外部電場驅動輪體內液態金屬運動，進而持續改變輪式機器人的重心，驅動輪式機器人滾動。同時，研究人員對所提出的新型液態金屬機器人做了動力學建模與分析，並通過實驗探索了電解液濃度、施加電壓、液態金屬體積、輪體結構等參數對機器人運動性能的影響，獲得驅動運動的最佳參數匹配。進一步，通過集成電池系統，研究人員成功設計了新型液態金屬自驅動輪式移動機器人。這一創新研究有望啓發一種新型驅動方式，彌補傳統的機器人驅動方式（電機、液壓及氣動等）結構複雜、體積大以及驅動能效低等不足，促進未來微小機器人及特種機器人系統的發展。

該論文第一作者為中國科大精密機械與精密儀器系碩士生伍健。中國科大張世武、澳大利亞伍倫貢大學博士唐詩楊、蘇州大學李相鵬為共同通訊作者。該課題得到國家自然科學基金項目資助。

近年來，由中國科大、澳大利亞伍倫貢大學和蘇州大學組成的聯合研究組開始研究液態金屬的驅動特性及其在機器人上的應用，取得了系列進展。聯合研究團隊設計了以液態金屬液滴作為柔性輪承載及驅動的微型小車，集成電源、控制電路、傳感器以及液態金屬驅動機構於一體，實現了2D平面內的自主運動，該小車無任何機械傳動，具有運動平滑柔順、無噪聲、低振動、成本低廉、易於製造等特點，有望在自動生產線以及實驗室自動化中大展身手。該成果近日發表在 IEEE Transactions on Industrial Informatics 上。此外，聯合研究團隊首次發現了液態金屬在外磁場作用下的非常規運動現象，並揭示了其內在機理。該研究實現了通過外部磁場對不經過任何改性的純液態金屬的運動控制，豐富了液態金屬的驅動方法，有利於推動液態金屬驅動裝置的大規模應用。該成果也於近日發表在 Soft Matter 上。

液態金屬驅動機器人研究取得進展