【儀表網 研發快訊】近年來，擁有高度安全性和環境適應性的軟體機器人在各種應用場景中日益展現出巨大潛力。其具有如生命體系一般的柔順靈活性，能感知環境和自身狀態，以及運動順應可控等優勢，引發業界競相探索。相較其他傳感或執行器，基于電磁場調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減負方面價值獨特。為此，柔性線圈在軟體機器人領域引人矚目，然而由于來自其傳統稀疏結構和制造技術上的挑戰，限制了進一步的應用。
中國科學院理化技術研究所與北京林業大學聯合團隊提出了一種可變形的高密度三維曲面液態金屬線圈(HD-LMC)技術，在突破了剛性線圈限制的同時，實現了柔性執行、感知與通訊功能一體化集成，為發展軟體機器人技術開辟新的途徑。相應研究成果近日以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金屬基多維復雜柔性電子的應用提供了理論和技術基礎(圖1)，也預示著液態金屬集成機器人體系正逐步成形。HD-LMC的高密度、多功能和柔性設計的特性，使其在環境感知、通信和驅動等方面具有獨特的優勢(圖2)，未來有望在醫療、工業、農業等多個領域發揮重要作用。
理化所劉靜團隊長期致力于液態金屬可變形機器人探索，特別是，他們在液態金屬電控多變形現象(Adv. Mater., 2014，26，6036)以及液態金屬自驅動軟體機器效應(Adv. Mater., 2015, 27, 2648)等方面的發現，一度引發世界范圍廣泛矚目，而研究小組關于液體集成理論的提出(AISY., 2019, 1900017)，為發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機器人研究和應用正是此方面的一個延續。此前，研究小組還在多年探索液態金屬可變形機器原理的基礎上，系統提出了旨在構筑未來人形機器人的液態金屬基本要素和設計思想，為人形機器人進一步柔性化、敏捷化以及更加類人化、智能化構建了新的發展藍圖和技術路線，相應的前瞻性評述文章以Bioinspired Liquid Metal based Soft Humanoid Robots為題發表在Advanced Materials上，并被期刊選為內背封面故事。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，作者系統剖析了液態金屬及其衍生功能材料在突破柔性仿生機器人技術上的巨大潛力(圖3)，總結了液態金屬在構建類人機器人中的多面手角色——可作為柔性傳感器、執行器、動力源、邏輯單元、網絡系統，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柔相濟性機構，并借助液態金屬的獨特屬性，可以開發出多功能且靈活敏捷的機器人，從而更好地滿足人類需求。這一從傳統金屬框架向類似生物有機體的混合式軟硬結構的過渡，有望在人形機器人設計與制造領域引發新的變革。
圖1 高密度液態金屬功能線圈集成單元的基本特性
圖2 液態金屬高密度曲面線圈在傳感執行器中具有多面手功能可集成優點
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金屬單元及其各種潛在應用總結
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