我国研制成功液态金属驱动功能性轮式移动机器

日期:2019-07-20编辑作者:优德88手机版

中国科学技术大学张世武副教授研究团队、澳大利亚伍伦贡大学李卫华教授研究团队和苏州大学李相鹏副教授研究团队组成的联合研究组,首次研制成功了镓基室温液态金属驱动的功能性轮式移动机器人。近日,该研究成果发表在国际材料学领域权威期刊《先进材料》上。

我国研制成功液态金属驱动功能性轮式移动机器人

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,国际上所进行的相关探索,仅限于对处于电解液环境下液态金属液滴的操控,该研究成果则设计出了能够脱离电解液环境运行的液态金属自驱动轮式移动机器人。这一研究进展,实现了液态金属领域从液滴操控到功能性机器人的重要突破。

本报合肥10月18日电(记者常河 通讯员杨保国)中国科学技术大学张世武副教授研究团队、澳大利亚伍伦贡大学李卫华教授研究团队和苏州大学李相鹏副教授研究团队组成的联合研究组,首次研制成功了镓基室温液态金属驱动的功能性轮式移动机器人。近日,该研究成果发表在国际材料学领域权威期刊《先进材料》上。

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。

联合研究组开创性地将液态金属高效的驱动能力与变重心机构相结合,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;并通过巧妙设计的随动微电极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进行动力学建模与分析,获得驱动机器人运动的最佳参数匹配。

镓基室温液态金属具有独特的表面性质和理化特性,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,国际上所进行的相关探索,仅限于对处于电解液环境下液态金属液滴的操控,该研究成果则设计出了能够脱离电解液环境运行的液态金属自驱动轮式移动机器人。这一研究进展,实现了液态金属领域从液滴操控到功能性机器人的重要突破。

优德88手机版,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。

专家称,该研究将启发一种新型驱动方式,弥补传统机器人驱动方式(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。在不久的将来,液态金属机器人有望在癌症治疗的靶向药物运输、低排放的绿色交通以及智能柔性可穿戴设备等领域大展身手。

联合研究组开创性地将液态金属高效的驱动能力与变重心机构相结合,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;并通过巧妙设计的随动微电极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进行动力学建模与分析,获得驱动机器人运动的最佳参数匹配。

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。

(原载于《光明日报》2018-10-1912版)

专家称,该研究将启发一种新型驱动方式,弥补传统机器人驱动方式(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。在不久的将来,液态金属机器人有望在癌症治疗的靶向药物运输、低排放的绿色交通以及智能柔性可穿戴设备等领域大展身手。

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。

论文相关信息:Adv. Mater. 2018, 201805039

(原载于《中国科学报》 2018-10-23 第4版 综合)

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