瀚海科普 | 中国科大研制出液态金属人工肌肉

漂泊信天翁可以连续飞行几十天不休息，猎豹捕猎时最快速度能达到29米/秒……自然界中动物特异的运动能力很大程度上得益于其卓越的肌肉性能。研制能够模仿肌肉运动如伸缩、旋转、弯曲等人工肌肉，一直是人类的梦想。

近日，中国科大工程科学学院张世武教授、金虎副研究员与合作者合作，提出了一种基于电化学方法改变液态金属表面张力的方法，设计出可模仿肌肉的收缩及舒张功能的液态金属人工肌肉（LMAM），并驱动仿生机器鱼游动了40分钟，该工作有望为柔性驱动器在微机电系统、生物医学等领域的应用提供全新思路。 相关成果日前发表在国际顶级期刊《先进材料》上。

液态金属人工肌肉单元驱动（视频制作：舒健）

研究显示，这种液态金属人工肌肉，舒张时驱动电压仅需0.5伏，收缩时仅需4伏。在0.25赫兹电压驱动下，能提供约20毫牛拉力、40毫牛推力，超过1毫米的驱动行程。

为了验证驱动性能和应用潜力，该研究还展示了这种液态金属人工肌肉在编码显示、货物运载、可重构光学器件中的应用，并开发了一种自主游动的单尾鳍仿生机器鱼。

基于液态金属人工肌肉的仿生机器鱼

该仿生机器鱼仅由一节3.7伏锂电池供电，在2赫兹电压信号驱动下，机器鱼游动速度能达到每分钟10厘米，续航时间达40分钟。

液态金属人工肌肉驱动仿生机器鱼游动（视频制作：舒健）

这一创新研究证实了基于液态金属液滴的柔性驱动器在低输入电压下具备卓越的驱动性能，有利于未来开发基于低功率驱动器机器人系统。

近日，联合研究组还提出了一种通用的光诱导液态金属液滴驱动方案：使用激光束选择性地激活电解液中的光电晶体管，从而利用马拉格尼力（Marangoni force）实现对液态金属液滴的电驱控制。该方案无需复杂和庞大的系统，简单利用光即可诱导多个液态金属液滴的并发运动、分裂和合并，研究人员也展示了其在光控继电器等方面的应用。这种用于操纵LM液滴的光诱导控制方法为在MEMS、现场可编程机器人和基于液滴的液体协作机器人领域的未来创新研究提供了新的方向和技术途径。相关成果发表在 Materials Horizons 上，并被选为封底文章。

光诱导液态金属液滴驱动（视频制作：任宏泰）

此外，联合研究组还基于液态金属的电致驱动成功研制了一种无需任何常规电磁器件的液态金属电机，该电机利用电场在液态金属液滴两侧形成表面张力差，驱动电机转子旋转，输出力矩；为了克服传统固-固接触电刷摩擦力大，磨损消耗快，产生火花造成安全隐患等缺陷，研究人员还利用液态金属优异的导电性和较低的粘度，设计了一种固-液接触的液态金属电刷，该电刷能避免导线缠绕，有效保证电路连通，同时，其转动阻力比常规电刷小一到两个数量级。研究人员还展示了利用该电机驱动小车和小船分别在陆地和水中运动的应用。该项工作有望弥补传统驱动器件的缺陷，启发液态金属在柔性机器人、微机电系统、柔性电子等领域的应用和发展。相关成果发表在Cell子刊 iScience 上，并被Matter期刊作 Preview介绍。

液态金属电机驱动小车和小船（视频制作：Febby Krisnadi）

液态金属电机与中国科大“孺子牛”

（设计制作：科技传播系 黄雯 陈磊 任敏微）

AM文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103062

MH文章链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/mh/d1mh00647a

iScience文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004220311081