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科学家实现液态金属驱动轮式机器人

2018-10-23 09:15来源:《中国科学报》

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  中国科学技术大学副教授张世武团队、澳大利亚伍伦贡大学教授李卫华团队和苏州大学副教授李相鹏团队合作,设计了基于镓基室温液态金属的新型机器人驱动器,首次实现了液态金属驱动的功能性轮式移动机器人。近日,该成果发表于《先进材料》。

  镓基室温液态金属具有独特的表面性质和理化特性,可实现变形、移动、分离以及融合等多种形态学变化,在微纳机电系统、微流体、生物医学以及机器人等领域具有巨大的应用前景。然而,液态金属在机器人领域的应用研究目前仅局限于对处于电解液环境中的液态金属液滴本身的操纵,尚无能够脱离电解液环境运行的液态金属功能性机器人的研究报道。

  镓基室温液态金属具有巨大的表面张力,在极低的电场功耗下展示出高效的运动能力。联合研究组巧妙地将高效液态金属驱动和变重心机构相结合,开发出结构简单紧凑、驱动性能好的新型液态金属机器人。研究人员设计了一种具有超疏水表面的极轻半封闭轮式结构,将液态金属液滴限制在狭长的轮体内部;通过巧妙设计的随动微型电极支架施加外部电场驱动轮体内液态金属运动,进而持续改变轮式机器人的重心,驱动轮式机器人滚动。

  同时,研究人员对该新型液态金属机器人进行了动力学建模与分析,并通过实验探索了电解液浓度、施加电压、液态金属体积、轮体结构等参数对机器人运动性能的影响,获得驱动运动的最佳参数匹配。进一步,通过集成电池系统,研究人员成功设计了新型液态金属自驱动轮式移动机器人。

  该研究有望启发一种新型驱动方式,弥补传统机器人驱动方式结构复杂、体积大以及驱动能效低等不足,促进未来微小机器人及特种机器人系统的发展。在不久的将来,液态金属机器人将在癌症靶向治疗及智能柔性可穿戴设备等领域大显身手。(记者杨保国)

[责编:张佳兴]

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