我國首次成功研製液態金屬驅動機器人，帶你詳細了解！

作者：Smiling;有刪改

隨著資本的投入不斷增加和技術的支持越來越到位，專家預估在未來三十年內機器人的開發應用將迎來行業發展的黃金時期。目前傳統機器人一般以電機、液壓以及氣動等方式驅動，因其結構複雜、體積大、驅動能效低而被人們嫌棄。科學家們一直想做出一款像電影《終結者2》里的T 1000液態機器人來。

《終結者》激動場面

其實人們在液體操控上已經有了喜人的進步。可編程液滴就已經出現了，通過特殊的裝置我們可以實現任意改變液體匯聚形狀。具體方法就是利用電場操控液滴，實現一定操控性的融合。這種技術可以用來實現低成本高效生物化學實驗，來一睹真容。

通過電場控制液滴融合（本來是個動圖）

更令人振奮的是，近來，我國科學研究組在研究液態金屬的驅動特性及其在機器人上的應用中取得了重大進展。換句話來說——電影里的夢幻劇情成真了！我們做出了第一個基於液態金屬的機器人啦！這種新型驅動方式將幫助我們發展微小機器人、特種機器人等，在機器人領域上走得更遠。

中國科學技術大學

《科技日報》報道，從中國科學技術大學獲悉，中科大精密機械與精密儀器系張世武副教授研究團隊、蘇州大學李相鵬團隊以及澳大利亞伍倫貢大學李衛華教授團隊組成的聯合研究組，設計了基於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。該成果日前發表在《先進材料》雜誌上。

成果發佈於《Soft Matter》Adv.Mater.2018,201805039

因為鎵基室溫液態金屬的表面張力非常大，可以在極低的電場功耗下高效運動，還可以通過能量場或表面改性等方式讓形態發生變化，可造性高，所以在國際上發展前景非常好，收到廣泛關注。可是通常，基於鎵基液態金屬的運作要靠在電解液中鎵液金屬曲面上的界面張力梯度，如果不在液態環境下就很難操作，這種限制下，研究它們在液態環境之外的應用如同看一條失去了水的魚，在岸上苦苦撲騰卻是徒勞無功。這也可能是液態金屬在機器人領域的應用研究僅局限於以液態金屬液滴為機器人本體的原因。

液態金屬驅動輪式機器人：a.爆炸示圖，b.三維視圖，c.驅動原理圖，b.運動時序圖。

而現在，聰明的科學家們把液態機器人內部的鎵基室溫液態金屬液滴換上電壓來改變機器人的重心從而產生滾動扭轉，並設法使機器人保持勻速運動，同時將能高效運作的LM（鎵液金屬）液滴作為驅動系統的核心，這樣既使其能在液體環境之外移動，又能高效運作。科學家還對這種機器人的運動性能進行了一系列的實驗研究，並利用拉格朗日法建立了機器人運動動力學模型，演示了一種利用小型鋰電池的無拴自動力輪式機器人。與傳統機器人相比，這種新型液態金屬機器人的結構更簡單更緊湊，驅動性能也更好，效率自然也更高。

磁場驅動下純液體金屬運動機理與逐步融合行為

不僅如此，近來，我國科學家還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原理，有利於推動液態金屬驅動裝置的大規模應用。

而這種方法不需要液態金屬進行改性，僅僅憑藉外部磁場的力量對液態金屬的運動進行控制，與使用電化學方法在液態金屬上形成表面張力梯度相比，利用磁場誘導驅動可以避免氣泡的產生。不過，磁場誘導的問題是，運動於電磁場的帶電粒子所感受到的作用力的使用容易使得液態金屬與鐵磁材料無法混合，從而會影響液態金屬的流動性，但相信未來的研究會完美處理這個問題。

液態金屬柔性輪自驅動小車在平面內的各種運動

科學家們稱，這個發現對我國開啟新型驅動方式，完善機器人系統，實現推廣應用很有好處。這項研究有望開闢一種新型驅動方式，彌補傳統機器人驅動體積大、結構複雜以及驅動能效低等不足，促進微小機器人及特種機器人系統的發展。隨著液態金屬技術的發展，液態金屬機器人或將在智能柔性可穿戴設備等領域大展身手。說不定，未來的某一天，液態金屬機器人就能走進家門了！

註：成果發佈於:《先進材料》Adv.Mater.2018,201805039《Soft Matter》;原理圖片引用自網路，小編實在畫不出來;作為科技交流文章，轉載附出處。

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