近年來機器人越來越多地被運用到人類生活生產實踐中,它們有的從事著機械化流水線工作,有的替代著人類從事具有一定危險性的勘探作業。可是,你聽說過液態機器人嗎?近日,記者從中國科學技術大學獲悉,中國科學技術大學張世武副教授研究團隊、澳大利亞伍倫貢大學李衛華教授研究團隊和蘇州大學李相鵬副教授研究團隊組成的聯合研究組,設計了基于鎵基室溫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。
鎵基室溫液態金屬具有獨特的表面性質和理化特性,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,在微納機電系統、微流體、生物醫學以及機器人等領域具有巨大的應用前景,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局限于對處于電解液環境中的液態金屬液滴本身的操縱,尚無能夠脫離電解液環境運行的液態金屬功能性機器人的研究報道。
鎵基室溫液態金屬具有巨大的表面張力,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表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進行動力學建模與分析,并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。
該研究有望啟發一種新型驅動方式,彌補傳統機器人驅動方式(電機、液壓及氣動等)結構復雜、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。在不久的將來,液態金屬機器人將在癌癥靶向治療及智能柔性可穿戴設備等領域大展身手。(記者 聶靜潔)