我首次研制成功液態金屬驅動的功能性輪式移動機器人
日期：2019-03-22 11:09:34 來源：凡帝朗(lang)
中(zhong)國科學技術(shu)大(da)學張世武(wu)副教(jiao)(jiao)授(shou)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊、澳大(da)利亞伍倫貢大(da)學李衛華教(jiao)(jiao)授(shou)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊和蘇(su)州(zhou)大(da)學李相鵬副教(jiao)(jiao)授(shou)研(yan)究(jiu)團(tuan)隊組(zu)成的(de)聯合研(yan)究(jiu)組(zu)，首(shou)次研(yan)制成功了鎵(jia)基室溫(wen)液態金屬(shu)驅動(dong)的(de)功能(neng)性(xing)輪(lun)式移動(dong)機器人。近日，該研(yan)究(jiu)成果發表在國際材料(liao)學領(ling)域權威期刊《先進(jin)材料(liao)》上。
鎵(jia)基室溫液態(tai)(tai)金屬具有(you)獨(du)特的(de)(de)表面(mian)性(xing)質和理化(hua)特性(xing)，可以(yi)通過電(dian)場(chang)、磁場(chang)以(yi)及濃度梯度場(chang)等多種能量場(chang)或者表面(mian)改性(xing)等方式，實現(xian)變(bian)形、移(yi)動(dong)(dong)、分離以(yi)及融合(he)等多種形態(tai)(tai)學(xue)變(bian)化(hua)，在(zai)微納機(ji)電(dian)系統、微流體、生物(wu)醫學(xue)以(yi)及機(ji)器人(ren)等領域(yu)具有(you)巨大的(de)(de)應用前(qian)景(jing)。然(ran)而，國際上所進行(xing)的(de)(de)相關探(tan)索，僅(jin)限于對處于電(dian)解(jie)液環境下液態(tai)(tai)金屬液滴的(de)(de)操控，該研(yan)究成果(guo)則(ze)設計(ji)出(chu)了(le)能夠脫離電(dian)解(jie)液環境運行(xing)的(de)(de)液態(tai)(tai)金屬自驅動(dong)(dong)輪式移(yi)動(dong)(dong)機(ji)器人(ren)。這一研(yan)究進展，實現(xian)了(le)液態(tai)(tai)金屬領域(yu)從(cong)液滴操控到(dao)功(gong)能性(xing)機(ji)器人(ren)的(de)(de)重(zhong)要突破(po)。
聯(lian)合(he)研究組(zu)開創性地將液態(tai)金屬高效(xiao)的(de)(de)(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)能力(li)與(yu)變重心機(ji)構(gou)(gou)相結合(he)，設計了一種(zhong)具(ju)有超疏水(shui)表面的(de)(de)(de)極輕半封閉(bi)輪式結構(gou)(gou)，將液態(tai)金屬液滴限(xian)制在狹長的(de)(de)(de)輪體(ti)內(nei)部；并通過(guo)巧妙設計的(de)(de)(de)隨動(dong)(dong)微電極施(shi)加外(wai)部電場驅(qu)(qu)動(dong)(dong)輪體(ti)內(nei)液態(tai)金屬運(yun)動(dong)(dong)，進(jin)(jin)而持續改變輪式機(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)重心，驅(qu)(qu)動(dong)(dong)輪式機(ji)器(qi)人(ren)(ren)滾動(dong)(dong)。同時，研究人(ren)(ren)員對所提出的(de)(de)(de)新型液態(tai)金屬機(ji)器(qi)人(ren)(ren)進(jin)(jin)行動(dong)(dong)力(li)學建模與(yu)分(fen)析(xi)，獲得(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)運(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)最(zui)佳參(can)數匹配。
專家稱，該研究將啟發一(yi)種新型驅(qu)(qu)動(dong)方式(shi)，彌補傳(chuan)統機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人驅(qu)(qu)動(dong)方式(shi)（電機(ji)(ji)(ji)(ji)、液壓(ya)及氣動(dong)等(deng)）結構復雜、體積大以及驅(qu)(qu)動(dong)能效低(di)等(deng)不足(zu)，促進未來微(wei)小機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人及特種機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人系統的發展。在(zai)(zai)不久的將來，液態金屬機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人有望在(zai)(zai)癌癥治(zhi)療的靶向藥(yao)物運輸、低(di)排(pai)放的綠色交(jiao)通以及智能柔性(xing)可穿戴設(she)備等(deng)領域(yu)大展身手。