电磁致动的液态金属柔性机器人

一般而言，机器人往往由刚性材料制造而成，依靠杠杆原理实现肢体的运动。而在一些特殊的环境中，这些刚性结构阻碍机器人完成任务。由柔性材料制造而成的柔性机器人则由于其材料的高顺应性而具有灵活的变形能力以及对各种复杂环境的适应性。在柔性机器人的设计中发展出多种驱动策略，如电磁力、气压、液压、温控等。其中，由于电磁驱动装置具有控制原理简单，可以实现微型化的优点，许多研究人员将其应用于微型软体机器人的设计。一些研究人员利用磁铁和通电线圈的相互作用力实现机器人的运动。例如，仿生电磁致动机器鱼和多自由度电磁致动机器蛇等。

液态金属是在常温下保持液态的一类合金，具有良好的导电性和较低的凝固点。因此，由液态金属制作的电磁线圈既满足导电要求，又具有很好的柔性，由此制作的电磁机器人具有很好的柔性特征。

Guo等将液态金属灌注在柔性薄膜中，形成特定形状的平面螺线圈［7］。给线圈通直流电，放置在磁场中就可以看到液态金属线圈在电磁力的作用下产生变形运动（图10.6）。改变电流方向或者磁场方向，就可以使液态金属线圈发生往复振动，从而产生动力。

图10.6　液态金属镶嵌柔性薄膜的电磁响应情形［7］(www.xing528.com)

a.示意图；b.实物图。

将多个液态金属线圈组合在一起就可以制作出不同形状的柔性机器人［6］，例如将四个液态金属线圈放置在四个不同的方向，就可以组成一个水母形机器人，四个线圈作为水母的四条触手，触手上下摆动使机器人上下运动（图10.7）。

图10.7　液态金属镶嵌柔性薄膜的电磁诱发变形情形及其操作物体情形［7］

a.软体机器人；b.在空气与水中的液态金属软体机器人；c.前端位移的变化曲线；d.软机械手的驱动性能；e.机械手的负载电流关系图。