液态金属的驱动特性及其在机器人上的应用研究（液态金属的驱动特性及其在机器人上的应用）

中国科学技术大学精密机械与精密仪器系副教授张世武、澳大利亚卧龙岗大学教授、苏州大学机器人与微系统研究中心副教授李组成的联合研究团队，设计了一种基于镓基液态金属的新型室温机器人驱动器，首次实现了由液态金属驱动的功能性轮式移动机器人。最近，这项成果发表在《先进材料》杂志上，标题是由液态金属液滴驱动的轮式机器人(Adv. Mater。2018, 201805039).

液态金属机器人T1000 电影中《终结者》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有独特的表面性质和物理化学性质，可以通过电场、磁场、浓度梯度场等各种能量场或表面改性实现变形、移动、分离、聚变等多种形态变化。在MEMS、微流体、生物医学、机器人等领域展现出巨大的应用前景，引起了国际上的广泛关注。然而，目前液态金属在机器人领域的应用仅限于使用液态金属液滴作为机器人本体，还没有基于液态金属的功能机器人的研究报道。

液态镓基室温液态金属具有巨大的表面张力，可以在极低的电场功耗下表现出高效的运动能力。联合研究团队将高效液态金属驱动与变重心机构巧妙结合，研制出结构简单紧凑、驱动性能良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车轮结构，将液态金属液滴限制在狭窄的轮体内。巧妙设计的随动微电极支架施加外加电场，驱动车轮内的液态金属运动，从而不断改变轮式机器人的重心，带动轮式机器人滚动。同时，研究人员对提出的新型液态金属机器人进行了动力学建模和分析，探索了电解液浓度、施加电压、液态金属体积、车轮结构等参数对机器人的影响运动性能，从而获得驱动运动的最佳参数匹配。此外，通过集成电池系统，研究人员成功设计了一种新型液态金属自动驾驶轮式移动机器人。这一创新研究有望激发出一种新的驱动模式，弥补传统机器人驱动模式(电机、液压和气动等)的不足。)等结构复杂、体积大、驱动能效低等问题，推动未来微型机器人和特种机器人系统的发展。

本文的第一作者是中国科学技术大学精密机械与精密仪器系的硕士研究生吴健。中国科技大学的张世武、澳大利亚卧龙岗大学的唐诗阳和苏州大学的李是这封信的合著者。本项目得到了国家自然科学基金的资助。

近年来，由中国科技大学、澳大利亚卧龙岗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中的应用，并取得了一系列进展。联合研究团队设计了一种以液态金属液滴为柔性车轮的微型汽车，集成了电源、控制电路、传感器和液态金属驱动机构，实现了在2D平面内的自主运动。该车具有运动平稳流畅、无噪音、低振动、低成本、易制造等特点，有望在自动化生产线和实验室自动化方面大显身手。这项成果最近发表在IEEE工业信息学汇刊上。此外，联合研究团队首次发现了液态金属在外磁场下的非常规运动，并揭示了其内在机制。该研究实现了纯液态金属在无任何外加磁场作用下的运动控制，丰富了液态金属的驱动方式，有利于推动液态金属驱动装置的大规模应用。成就w