【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近年來，擁有高度安全性和環(huán)境適應(yīng)性的軟體機器人在各種應(yīng)用場景中日益展現(xiàn)出巨大潛力。其具有如生命體系一般的柔順靈活性，能感知環(huán)境和自身狀態(tài)，以及運動順應(yīng)可控等優(yōu)勢，引發(fā)業(yè)界競相探索。相較其他傳感或執(zhí)行器，基于電磁場調(diào)控的功能單元更具有可集成潛力，在緩解機器人臃腫軀體實現(xiàn)減負方面價值獨特。為此，柔性線圈在軟體機器人領(lǐng)域引人矚目，然而由于來自其傳統(tǒng)稀疏結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)上的挑戰(zhàn)，限制了進一步的應(yīng)用。
 

　　中國科學院理化技術(shù)研究所與北京林業(yè)大學聯(lián)合團隊提出了一種可變形的高密度三維曲面液態(tài)金屬線圈(HD-LMC)技術(shù)，在突破了剛性線圈限制的同時，實現(xiàn)了柔性執(zhí)行、感知與通訊功能一體化集成，為發(fā)展軟體機器人技術(shù)開辟新的途徑。相應(yīng)研究成果近日以Transformable 3D curved high-density liquid metal coils – an integrated unit for general soft actuation, sensing and communication為題發(fā)表在Nature Communications上，并被選為Devices專欄中50篇最佳亮點文章之一。文章第一作者為理化所21級博士生李楠，通訊作者為理化所劉靜研究員和北林王磊副教授。
 

　　此項研究不僅為液態(tài)金屬基多維復雜柔性電子的應(yīng)用提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)(圖1)，也預(yù)示著液態(tài)金屬集成機器人體系正逐步成形。HD-LMC的高密度、多功能和柔性設(shè)計的特性，使其在環(huán)境感知、通信和驅(qū)動等方面具有獨特的優(yōu)勢(圖2)，未來有望在醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
 

　　理化所劉靜團隊長期致力于液態(tài)金屬可變形機器人探索，特別是，他們在液態(tài)金屬電控多變形現(xiàn)象(Adv. Mater., 2014，26，6036)以及液態(tài)金屬自驅(qū)動軟體機器效應(yīng)(Adv. Mater., 2015, 27, 2648)等方面的發(fā)現(xiàn)，一度引發(fā)世界范圍廣泛矚目，而研究小組關(guān)于液體集成理論的提出(AISY., 2019, 1900017)，為發(fā)展集成化柔性機器人乃至研制更為復雜且貼近生活的智能機器人打開了新的視野，此次HD-LMC機器人研究和應(yīng)用正是此方面的一個延續(xù)。此前，研究小組還在多年探索液態(tài)金屬可變形機器原理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)提出了旨在構(gòu)筑未來人形機器人的液態(tài)金屬基本要素和設(shè)計思想，為人形機器人進一步柔性化、敏捷化以及更加類人化、智能化構(gòu)建了新的發(fā)展藍圖和技術(shù)路線，相應(yīng)的前瞻性評述文章以Bioinspired Liquid Metal based Soft Humanoid Robots為題發(fā)表在Advanced Materials上，并被期刊選為內(nèi)背封面故事。文章第一作者為21級博士生李楠，通訊作者為劉靜研究員。
 

　　在該論文中，作者系統(tǒng)剖析了液態(tài)金屬及其衍生功能材料在突破柔性仿生機器人技術(shù)上的巨大潛力(圖3)，總結(jié)了液態(tài)金屬在構(gòu)建類人機器人中的多面手角色——可作為柔性傳感器、執(zhí)行器、動力源、邏輯單元、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，甚至是可變形骨骼等(圖4)。文章指出，充分集成這些組元與剛?cè)嵯酀詸C構(gòu)，并借助液態(tài)金屬的獨特屬性，可以開發(fā)出多功能且靈活敏捷的機器人，從而更好地滿足人類需求。這一從傳統(tǒng)金屬框架向類似生物有機體的混合式軟硬結(jié)構(gòu)的過渡，有望在人形機器人設(shè)計與制造領(lǐng)域引發(fā)新的變革。
 

圖1 高密度液態(tài)金屬功能線圈集成單元的基本特性
 

圖2 液態(tài)金屬高密度曲面線圈在傳感執(zhí)行器中具有多面手功能可集成優(yōu)點
 

圖3 未來人形機器人的進化路線
 

圖4 人形機器人中的液態(tài)金屬單元及其各種潛在應(yīng)用總結(jié)