构筑运动单元的方法与技巧

当前对机械设备常见的运动装置通过电力驱动、磁控驱动和液压气动驱动实现。各种驱动方式各有特点，结合自身特点，使其发挥出最好的效率是人类孜孜追求的能源目标。随着机器人的发展，刚性机器人自身刚度和脆性的不安全性愈加引起不安，同时对多功能化和适应环境性的要求，柔性机械得到了人们的青睐。

电场由于其易得，安全可控和稳定的特点，使得自第二次工业革命以来，得到普及式发展。同时，对于驱动装置，电场能够及时调整以期得到想要的功率，对于金属材质的机械而言，则是性质互补。液态金属通过电场作用发生变形已于发现，同时对电场下的各种效应进行了机理说明，这为下游液态金属机器人领域提供了一种可靠的动力装置。不同电场强度的匀电场将会诱发不同的物理现象，诸如运动小马达、运动小车等。

对于高危环境和特殊环境，非接触式场驱动的远程操控将会得到充分展现。匀强磁场的非接触性、安全无毒和广泛分布的特点，对机器人操纵在生物医疗，人体检测和探险作业领域可有所作为。利用磁场控制磁性物质可以发生变形，可在复杂环境下实现如载药、运物和检测等功能，而这些功能是常规刚性机器人所没有的功能。即使现常见的磁性金属仅为铁、镍、钴金属等，但通过添加磁性颗粒或者镀膜，可使目标物质带有一定的磁性。

针对液态金属而言，由于金属内部磁畴紊乱无序，宏观无磁性表现，但通过添加铁、镍的磁性微纳米颗粒，或者利用液态金属包覆小铁珠，即可得到磁性材料。此外，鉴于磁场的广泛分布性和无毒安全性，利用磁场操控液态金属机器人用于生物医疗领域，如无/微创治疗、电镜导航显影、定向药物送达与清理等功能。

集群机器人是个新兴领域，数目众多和有序性使其自身最大的特点，不同单元的理想驱动源即是匀变磁场，通过磁场强度的差异来控制各个组成单元的运动，进而表现出集群效果，实现集功效。过渡态液态金属小马达则是理想的集群单元，通过匀变磁场进行梯度控制，得到想要的效果。(www.xing528.com)

柔性机器人领域现阶段最成熟的驱动方式是液压气动方式，通过外部气源的压力变化对柔性材质的机器人实现变形和功能化动作，基于此驱动方式的柔性材料有热塑性塑料、硅橡胶、纸张等。利用化学反应产生气体或燃烧过程产生气体的驱动方式也有相应报道，该类的柔性机器人目前多是概念性产品，只能实现一定的运动功能，诸如旋转、移动、弹动、跳跃等，还无法实现大幅度的连续变形或运动。

液压驱动方式简单，同时力输出稳定可靠，在大型刚性设备中较常见，如近期波士顿公司的系列人形机器人，其肢体的传动装置即为液压装置。现常用的液压介质为液压油，也有部分纯水作为工作介质。液态金属虽为液态，但其对金属铝的腐蚀性与铜的互溶特性，让其对机械设备的机械组成有一定的影响，而且相对于液压油或水而言，高密度的液压油需要牺牲部分输出力来克服自身的重力势能的变化。因此，利用液态金属作为液压介质是得不偿失的，但由于其大的液态温区，其作为润滑介质却是可行的。

此外，柔性机器人也利用自然环境作用进行驱动，如利用紫外光驱动液态金属小球，依靠能量瞬间释放的弹性制动器，采用石墨高效的光热转换效率的热制动器，根据相对湿度的变化引起致动膜的膨胀收缩等。利用化学反应过程中的浓度变化和超声供给能量的方式进行驱动的柔性机器人也诸多见报。利用自然环境进行致动的驱动方式可以解决能量的连续性供应问题。同时，可以作为感应元件进行实时监测和反馈。

单一的驱动方式无法满足复杂的机械系统，多种驱动方式的结合将会赋予机器人多功能的可能。在电场的存在下，液态金属表现出优异的导电导热特性，因此可以与其他驱动方式结合，产生更多功能化和复杂化的柔性机器人。如磁场和电场的结合，将会产生电磁铁类的工业抓手机器人，用于生物体内磁场导航检测和放电治疗的生医领域，磁场分散电场聚合的集群机器人等。另外光热/光电转化以提供给系统能量，也是一种环境友好型的能源方式。