中国领航液态金属机器人,「终结者」T1000最初雏形在这里!

2018 年 10 月 26 日 机器人大讲堂

 

《终结者2》中有个大反派-T1000,无所不能不恶不做的前提是,他是液态金属做的超级机器人,可以随时幻化成液态的他简直无所不往、恐怖至极!



电影中,T-1000是由思想控制的液态记忆金属构成,全身可以随意变形,能够模拟复制任何体积相当的事物和状态,可将机体与外界环境融合,相信不少人看到T1000在剧中炫酷的各种潜入、变形、隐藏以及打斗场景时都会不知不觉头皮发麻吧?



那么问题来了,现实生活中,有没有科学家意图做一个由液态金属构成的机器人呢?

答案自然是:



有!!!而且中国科学家在这方面的研究也做出了巨大贡献。


人们对液态金属的研究可以追溯自20世纪60年代,现实中的液态金属机器人,显然并不是简单地指金属的液态,而是可以看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。


人们发现室温液态金属具有可在不同形态和运动模式之间转换的普适变形能力。比如说,当你把液态金属浸没在水中,并给于它一个低电压的刺激,你将有机会欣赏到液态金属优美的“舞姿”。



奇妙的是,在外电场的帮助下,液态金属就像有生命的一样。


它可以从大面积的金属薄膜突然融合成单一的液态金属球;


(是不是想到了T1000从一大片快速变换成人形的样子)



当然你还可以看到它“张牙舞爪”的狰狞模样;



你还可以看到它分裂和吞噬其他液态金属球的过程;



以及你还可以看到它可以定向快速地移动;



但就在前不久,一个惊人的发现横空出世,镓铟合金这种液态金属,浸在氢氧化钠溶液中,依靠“吞食”一小片铝箔,无需电力就可以自主运动长达1小时,并可以根据环境进行变形。是不是很惊讶!要知道在此之前,驱动液态金属,大多靠的都是电驱动,水溶液中的金属液滴提供pH或液态金属液滴中的离子,再不然还有磁场,而现在它仅仅靠“吞食”其他金属就能够自己“有意识地”、“灵活地”开始运动了!



液态金属具有的种种特性,都让人们看到了以它作为材料研制柔性机器人、微流体智能器件,以及液态金属机器人的可能。

 

近日,中国科学技术大学精密机械与精密仪器系张世武副教授研究团队、澳大利亚伍伦贡大学李卫华教授研究团队和苏州大学机器人与微系统中心李相鹏副教授研究团队组成的联合研究组就为我们带来了好消息,一款基于镓基室温液态金属的新型机器人驱动器,让首个液态金属驱动的功能性轮式移动机器人出现在了世人的眼前。

(轮式机器人的设计)


大家是不是觉得很新奇,一般我们能想到驱动机器人的东西有哪些呢?


计算机控制的马达,液压或者气动系统,控制器或者早已编好的程序?

(运动过程中轮式机器人的连续快照)


但这款机器人的研究人员巧妙地将液态金属驱动与变重心机构结合在一起,他们构造了一个具有超疏水表面极轻的半封闭轮式结构,里面有液态金属(LM)液滴和电解液,这种封闭系统被用作驱动模块的核心,使机器人能够在液体环境外进行运动。由一对电极控制的LM液滴为该驱动模块供电。当向电极施加电压时,所控制的LM液滴在电解液内被驱动,轮式机器人内部的重心被改变,从而产生滚动扭矩并以稳定的速度引起连续的运动。


(轮式机器人的运动)


既然有机器人的登台,同样由液态金属驱动的小车自然也不会落后。


近日,中科大、伍伦贡大学和苏州大学组成的联合研究组也为我们带来了他们所研制的由液态金属液滴阵列作为柔性轮承载及驱动的微型小车,集成电源、控制电路、传感器以及液态金属驱动机构于一体,实现了2D平面内的自主运动。



与上面的机器人不一样,这款小车驱动液态金属的方法却是通过磁场。


该实验展示了一种通过纯粹使用磁场而不引入铁磁颗粒来控制液态金属液滴运动的新方法。因此他们也有了新的发现,液态金属在外磁场的作用下运动是非常规的,通过改变液滴的大小,NaOH溶液的浓度和磁通密度,可以容易地调节液滴的运动速度。


(EGaIn液滴移动的图像和EGaIn液滴自转的连续快照。)


于是,你将看到这幅场景,具有不同尺寸的液态金属液滴可以在由磁场驱动的一个通道中“快乐地追逐”与合并在一起。



该实验研究人员表示,虽然目前,仍需要庞大的旋转磁铁与电动机,但他们相信在未来可以通过引入编程电磁场解决这个问题,还有他们觉得他们的发现将实现更多固体金属与软体机器人无法做到的应用以及多功能MEMS的组装和执行器。


但有科学家也表示,液态金属技术还存在局限性,短时间内可能还无法做到像T1000那样的人形机器人。

 

但是,大部分技术在出现之前都是异想天开的,朋友们,你们觉得以后液态金属机器人将会以一种什么姿态进入我们的生活中呢?


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由IEEE(国际电子和电气工程师协会)机器人与自动化学会主办,北京理工大学等单位承办的2018年IEEE-RAS仿人机器人国际学术会议( Humanoids 2018)将于2018年11月6日至9日在北京友谊宾馆举行。大会主席由黄强教授、戴斌教授共同担任。


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联系人:堂博士 13810423387(同微信)

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IEEE-RAS仿人机器人国际会议是仿人机器人领域最权威、最有影响力的国际学术会议,从2000年开始在全球各国巡回举办,目前已成功举办了17届,会议涉及的信息具有极高的前瞻性和应用价值。2018年IEEE-RAS仿人机器人国际会议首次在中国举行。



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