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首臺液態(tài)金屬機器人問世提速柔性智能機器發(fā)展


時間:2015-12-28 作者:五五
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 由劉靜研究員帶領的中國科學院理化技術研究所、清華大學醫(yī)學院聯(lián)合研究小組,世界上首次發(fā)現(xiàn)了一種異常獨特的現(xiàn)象和機制,即液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后以可變形機器形態(tài)長時間高速運動,實現(xiàn)了無需外部電力的自主運動,從而為研制實用化智能馬達、血管機器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復雜的液態(tài)金屬機器人奠定了理論和技術基礎。這是該小組繼首次發(fā)現(xiàn)電控可變形液態(tài)金屬基本現(xiàn)象之后的又一突破性發(fā)現(xiàn)。這種液態(tài)金屬機器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng),從而向研制自主獨立的柔性機器邁出了關鍵的一步。

       研究揭示,置于電解液中的鎵基液態(tài)合金可通過“攝入”鋁作為食物或燃料提供能量,實現(xiàn)高速、高效的長時運轉(zhuǎn),一小片鋁即可驅(qū)動直徑約5 mm的液態(tài)金屬球?qū)崿F(xiàn)長達1個多小時的持續(xù)運動,速度高達5cm/s。這種柔性機器既可在自由空間運動,又能于各種結構槽道中蜿蜒前行;令人驚訝的是,它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整,遇到拐彎時則有所停頓,好似略作思索后繼續(xù)行進,整個過程仿佛科幻電影中的終結者機器人現(xiàn)身一般。應該說,液態(tài)金屬機器一系列非同尋常的習性已相當接近一些自然界簡單的軟體生物,比如:能“吃”食物(燃料),自主運動,可變形,具備一定代謝功能(化學反應),因此作者們將其命名為液態(tài)金屬軟體動物。這一人工機器的發(fā)明同時也引申出“如何定義生命”的問題。
       目前,實驗室根據(jù)上述原理已能制成不同大小的液態(tài)金屬機器,尺度從數(shù)十微米到數(shù)厘米,且可在不同電解液環(huán)境如堿性、酸性乃至中性溶液中運動。試驗和理論分析表明,此種自主型液態(tài)金屬機器的動力機制來自兩方面:一是發(fā)生在液態(tài)合金、金屬燃料及電解液間的Galvanic電池效應會形成內(nèi)生電場,從而誘發(fā)液態(tài)金屬表面的高表面張力發(fā)生不對稱響應,繼而對易于變形的液態(tài)金屬機器造成強大推力;與此同時,上述電化學反應過程中產(chǎn)生的氫氣也進一步提升了推力。正是這種雙重作用產(chǎn)生了超常的液態(tài)金屬馬達行為,這種能量轉(zhuǎn)換機制對于發(fā)展特殊形態(tài)的能源動力系統(tǒng)也具重要啟示意義。自驅(qū)動液態(tài)金屬機器的問世引申出了全新的可變形機器概念,將顯著提速柔性智能機器的研制進程。


關鍵詞:儀器儀表 測試測量 機器人    瀏覽量:1124

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