| gangzi0801 |
2018-10-18 22:57 |
液態(tài)金屬驅(qū)動(dòng)機(jī)器人研究取得進(jìn)展
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機(jī)械與精密儀器系副教授張世武研究團(tuán)隊(duì)、澳大利亞伍倫貢大學(xué)教授李衛(wèi)華研究團(tuán)隊(duì)和蘇州大學(xué)機(jī)器人與微系統(tǒng)中心副教授李相鵬研究團(tuán)隊(duì)組成的聯(lián)合研究組，設(shè)計(jì)了基于鎵基室溫液態(tài)金屬的新型機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器，首次實(shí)現(xiàn)了液態(tài)金屬驅(qū)動(dòng)的功能性輪式移動(dòng)機(jī)器人。近日，該成果以A Wheeled Robot Driven by a Liquid‐Metal Droplet 為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上（Adv. Mater. 2018, 201805039）。 |_^A$Hv
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電影《終結(jié)者》中的液態(tài)金屬機(jī)器人“T1000”開啟了液態(tài)金屬在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用的夢(mèng)想之門。鎵基室溫液態(tài)金屬具獨(dú)特的表面性質(zhì)及理化特性，可以通過電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及濃度梯度場(chǎng)等多種能量場(chǎng)或者表面改性等方式，實(shí)現(xiàn)變形、移動(dòng)、分離以及融合等多種形態(tài)學(xué)變化，在MEMS、微流體、生物醫(yī)學(xué)以及機(jī)器人等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用前景，引起國際上的廣泛關(guān)注。然而，液態(tài)金屬在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用研究目前僅局限于以液態(tài)金屬液滴為機(jī)器人本體，尚無基于液態(tài)金屬的功能性機(jī)器人的研究報(bào)道。 C \B&'+uR
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液態(tài)金屬鎵基室溫液態(tài)金屬擁有巨大的表面張力，可以在極低的電場(chǎng)功耗下，展示出高效的運(yùn)動(dòng)能力。聯(lián)合研究組巧妙地將高效液態(tài)金屬驅(qū)動(dòng)和變重心機(jī)構(gòu)相結(jié)合，開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、驅(qū)動(dòng)性能好的新型液態(tài)金屬機(jī)器人。研究人員設(shè)計(jì)了一種具有超疏水表面的極輕半封閉輪式結(jié)構(gòu)，將液態(tài)金屬液滴限制在狹長的輪體內(nèi)部；通過巧妙設(shè)計(jì)的隨動(dòng)微型電極支架施加外部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)輪體內(nèi)液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而持續(xù)改變輪式機(jī)器人的重心，驅(qū)動(dòng)輪式機(jī)器人滾動(dòng)。同時(shí)，研究人員對(duì)所提出的新型液態(tài)金屬機(jī)器人做了動(dòng)力學(xué)建模與分析，并通過實(shí)驗(yàn)探索了電解液濃度、施加電壓、液態(tài)金屬體積、輪體結(jié)構(gòu)等參數(shù)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能的影響，獲得驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的最佳參數(shù)匹配。進(jìn)一步，通過集成電池系統(tǒng)，研究人員成功設(shè)計(jì)了新型液態(tài)金屬自驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人。這一創(chuàng)新研究有望啟發(fā)一種新型驅(qū)動(dòng)方式，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式（電機(jī)、液壓及氣動(dòng)等）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大以及驅(qū)動(dòng)能效低等不足，促進(jìn)未來微小機(jī)器人及特種機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展。 "
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該論文第一作者為中國科大精密機(jī)械與精密儀器系碩士生伍健。中國科大張世武、澳大利亞伍倫貢大學(xué)博士唐詩楊、蘇州大學(xué)李相鵬為共同通訊作者。該課題得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
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