液态金属在机器人领域应用研究取得重大进展

说到施瓦辛格的著名电影《终结者2》，很多人第一印象可能并不是威猛先生+机械骨骼，而是华丽、抗揍的液体金属人反派。里面支离破碎化后化成水银状还能复原的反派，成了很多人的童年阴影。

而最近，一项设计液态金属的驱动特性以及其在机器人上的应用获得了突破，电影创意正在向现实迈进。

近年来，由中国科大、澳大利亚伍伦贡大学和苏州大学组成的联合研究组开始研究液态金属的驱动特性及其在机器人上的应用，取得了系列进展。

中国科学技术大学精密机械与精密仪器系副教授张世武研究团队、澳大利亚伍伦贡大学教授李卫华研究团队和苏州大学机器人与微系统中心副教授李相鹏研究团队组成的联合研究组，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，该成果以A Wheeled Robot Driven by a Liquid‐Metal Droplet 为题，发表在《先进材料》杂志上(Adv. Mater. 2018, 201805039)。

电影《终结者》中的液态金属机器人“T1000”开启了液态金属在机器人领域应用的梦想之门。

镓基室温液态金属具独特的表面性质及理化特性，可以通过电场、磁场以及浓度梯度场等多种能量场或者表面改性等方式，实现变形、移动、分离以及融合等多种形态学变化，在MEMS、微流体、生物医学以及机器人等领域展示出巨大的应用前景，引起国际上的广泛关注。

然而，液态金属在机器人领域应用研究目前仅局限于以液态金属液滴为机器人本体，尚无基于液态金属的功能性机器人的研究报道。

液态金属镓基室温液态金属拥有巨大的表面张力，可以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，研究人员对所提出的新型液态金属机器人做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。这一创新研究有望启发一种新型驱动方式，弥补传统的机器人驱动方式(电机、液压及气动等)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。

该论文第一作者为中国科大精密机械与精密仪器系硕士生伍健。中国科大张世武、澳大利亚伍伦贡大学博士唐诗杨、苏州大学李相鹏为共同通讯作者。该课题得到国家自然科学基金项目资助。