科研人員提升人工肌肉性能 開發(fā)出單尾鰭仿生機(jī)器魚

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院張世武教授、金虎副研究員與合作者合作，提出了一種基于電化學(xué)方法改變液態(tài)金屬表面張力的液態(tài)金屬人工肌肉(LMAM)來模仿肌肉的收縮及舒張功能，為柔性驅(qū)動器在微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供全新思路。相關(guān)成果日前發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

信天翁可以連續(xù)飛行幾十天，獵豹捕獵時最快速度接近汽車在高速公路上的速度……動物特異的運動能力，很大程度上得益于他們卓越的肌肉性能。人們對研制能夠模仿肌肉運動如伸縮、旋轉(zhuǎn)、彎曲等的人工肌肉越來越感興趣。

鎵基液態(tài)金屬兼具液體和固體的一些特性，它極易被氧化形成表面氧化膜，未被氧化時，液態(tài)金屬具有目前已知液體中最大的表面張力。氧化后，液態(tài)金屬的表面張力可降至接近零。科研人員利用電化學(xué)方法快速、可逆地實現(xiàn)這兩種狀態(tài)的切換，同時，通過機(jī)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)造液橋，將液態(tài)金屬液滴狀態(tài)切換過程中的形態(tài)變化轉(zhuǎn)化為驅(qū)動行程及驅(qū)動力。液態(tài)金液態(tài)金屬液滴在上下銅電極之間形成液橋，電極提供氧化電壓時，液滴從近球狀變成扁平泥狀，液橋?qū)ι匣椎淖饔昧ο蛳拢簶蚋叨冉档停斯ぜ∪?ldquo;收縮”;電極提供還原電壓時，液滴從扁平泥狀恢復(fù)成近球狀，液橋?qū)ι匣椎淖饔昧ο蛏希簶蚧謴?fù)初始高度，人工肌肉“舒張”。

研究人員通過對驅(qū)動參數(shù)優(yōu)化、驅(qū)動單元的串并聯(lián)提升人工肌肉的性能，并基于LMAM驅(qū)動開發(fā)了一種自主游動的單尾鰭仿生機(jī)器魚。機(jī)器魚僅由一節(jié)80毫安時鋰電池供電，游動速度能達(dá)到10厘米/分鐘，續(xù)航時間達(dá)40分鐘。

該研究證實了在低輸入電壓下具備卓越的驅(qū)動性能，為未來開發(fā)基于低功率驅(qū)動器機(jī)器人系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。(科技日報記者 吳長鋒)