中科大研制出超强液态金属人工肌肉

版次:02  2021年09月21日

本报讯(记者 陈婉婉)记者9月15日从中国科学技术大学获悉,该校张世武教授、金虎副研究员联合国内外学者,研制出一种新液态金属人工肌肉,来模仿肌肉收缩及舒张功能。这种超强人工肌肉能在不同酸碱度溶液中工作,最大伸展速度达每秒15毫米,最大应变达87%,且所需驱动电压极小。相关成果已于日前发表于《先进材料》,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。

漂泊信天翁可以连续飞行几十天而不休息,猎豹奔跑最快速度能达每秒29米……自然界中动物特异的运动能力,很大程度上得益于他们卓越的肌肉性能。研制出性能出色的人工肌肉,一直是人类的梦想。

据介绍,镓基液态金属兼具液体和固体的一些优良特性,且极易被氧化形成表面氧化膜。未被氧化时,其具有目前已知液体中最大的表面张力;氧化后,表面张力可降至接近0。中科大参与的联合研究组利用电化学方法快速、可逆地实现这两种状态的切换,同时通过构造液桥将液态金属液滴状态切换过程中的形态变化转化为驱动行程及驱动力。

研究显示,这种超强液态金属人工肌肉,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。

该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,为开发基于低功率驱动器机器人系统铺平了道路。