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2021年09月16日
【科技日报】液态金属人工肌肉驱动机器鱼游了40分钟

科技日报合肥9月15日电 (记者吴长锋)记者从中国科学技术大学获悉,该校工程科学学院张世武教授、金虎副研究员与合作者合作,基于电化学方法改变液态金属表面张力,设计出可模仿肌肉的收缩及舒张功能的液态金属人工肌肉(LMAM),并驱动仿生机器鱼游动了40分钟,为柔性驱动器在微机电系统、生物医学等领域的应用提供了全新思路。相关成果日前发表在《先进材料》上。

信天翁可以连续飞行几十天,猎豹捕猎时最快速度接近汽车在高速公路上的速度……动物特异的运动能力,很大程度上得益于他们卓越的肌肉性能。人们对研制能够模仿肌肉运动如伸缩、旋转、弯曲等的人工肌肉越来越感兴趣。

镓基液态金属兼具液体和固体的一些特性,它极易被氧化形成表面氧化膜,未被氧化时,液态金属具有目前已知液体中最大的表面张力;氧化后,液态金属的表面张力可降至接近零。科研人员利用电化学方法快速、可逆地实现这两种状态的切换,同时,通过机构设计,构造液桥,将液态金属液滴状态切换过程中的形态变化转化为驱动行程及驱动力。液态金属液滴在上下铜电极之间形成液桥,电极提供氧化电压时,液滴从近球状变成扁平泥状,液桥对上基底的作用力向下,液桥高度降低,人工肌肉“收缩”;电极提供还原电压时,液滴从扁平泥状恢复成近球状,液桥对上基底的作用力向上,液桥恢复初始高度,人工肌肉“舒张”。

研究人员通过对驱动参数优化、驱动单元的串并联提升人工肌肉的性能,并基于LMAM驱动开发了一种自主游动的单尾鳍仿生机器鱼。机器鱼仅由一节80毫安时锂电池供电,游动速度能达到10厘米/分钟,续航时间达40分钟。

该研究证实了液态金属人工肌肉在低输入电压下具备卓越的驱动性能,为未来开发基于低功率驱动器机器人系统奠定了基础。

《科技日报》(2021年9月16日2版)

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