[发明专利]一种自主性液态金属变形虫机构

说明书

本发明公开了一种自主性液态金属变形虫机构，涉及柔性机器技术领域，所述机构包括：容器、石墨基底、液态金属和金属燃料；所述容器内盛放有电解液，所述石墨基底和添加有所述金属燃料的液态金属均设于所述电解液中，添加有所述金属燃料的液态金属设于所述石墨基底表面，以实现自主性变形和运动。本发明中通过在电解液中引入石墨基底与添加有金属燃料的自主性液态金属等多位一体的材料配合体系，首次实现了自主性液态金属变形虫机构，显著扩展了自驱动液态金属变形能力有限的问题，可用于制作自适应智能变形体、柔性执行器、天线、响应开关电路，以及用作更多人工机器。

技术领域

本发明涉及柔性机器技术领域，特别涉及一种自主性液态金属变形虫机构。

背景技术

地球上的生物是数十亿年演化的产物，这些大自然的杰作往往以远超越人工机器复杂度的行为存在着。比如，我们知道，作为原生动物的直径约200～600微米的变形虫，可呈现各种顾名思义的形态变化，这类微小生物通常生活在清水池塘或在水流缓慢藻类较多的浅水中。活的大变形虫虽然内部结构比较简单，但其体形却可在不断地改变着，因而被称为变形虫。这种自主运动的变形虫行为，要采用人工方法制作出微型机构加以仿真，存在极大困难，这是因为当前的微/纳米加工主体仍然不易实现复杂结构的柔性体。而当柔性体达到较大尺寸时，要实现如变形虫一般的自主性体型变化能力更存在巨大困难。迄今，人类所制造的机器大多为刚体机器，且需要电源驱动。无需外界电力的柔性可变形自主性机器是智能机器领域的王冠，因此长期以来成为国内外竞相追逐的重大技术挑战。

2015年3月初，清华大学与中科院理化技术研究所联合研究小组，在《先进材料》上发表了题为“仿生型自驱动液态金属软体动物”的研究论文(J.Zhang,Y.Y.Yao,L.Sheng,J.Liu,Self-fueled biomimetic liquid metal mollusk,Advanced Materials,vol.27,pp.2648-2655,2015)，迅速被New Scientist、Nature研究亮点、Science新闻等数十个知名科学杂志或专业网站专题报道，在国际上引起重要反响和热议。该项研究于世界上首次发现了一种异常独特的现象和机制，即液态金属如镓基液态合金可在吞食少量物质如“摄入”铝作为燃料后以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动，从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。应该说，液态金属机器一系列非同寻常的习性已相当接近一些自然界简单的软体生物，比如：能“吃”食物(燃料)，自主运动，可变形，具备一定代谢功能(化学反应)，因此作者们将其命名为液态金属软体动物。然而，研究小组在试验中也发现，由于液态金属表面张力极高，其在电解液内主要以球形的方式呈现，且总是沿着容器壁成顺时针运动，而变形则需要通过额外的结构如微小通道来实现，且变形幅度很小；一旦液态金属跨越障碍后，又迅速恢复至球形。也就是说，这种自驱动液态金属机器很难在基底表面上实现变形，而所呈现的形状也主要取决于槽道微结构自身形状。可以说，自驱动机器还达不到自然界中变形虫那样的自主性变形能力。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明的用以克服以往自驱动液态金属机器难以自行变形的缺陷的一种自主性液态金属变形虫机构。

依据本发明的一个方面，提供了一种自主性液态金属变形虫机构，所述机构包括：容器、石墨基底、液态金属和金属燃料；

所述容器内盛放有电解液，所述石墨基底和添加有所述金属燃料的液态金属均设于所述电解液中，添加有所述金属燃料的液态金属设于所述石墨基底表面，以实现自主性变形和运动。

可选地，所述石墨基底的表面为光滑平面。

可选地，所述石墨基底的表面设有至少一种结构化图案槽道。

可选地，所述金属燃料为铝或银。

可选地，所述容器由玻璃或塑料制成。