中外學者研制出超強液態(tài)金屬人工肌肉

　　中國科學技術(shù)大學張世武教授、金虎副研究員聯(lián)合國內(nèi)外學者，提出一種基于電化學方法改變液態(tài)金屬表面張力的液態(tài)金屬人工肌肉來模仿肌肉收縮及舒張功能。這種超強人工肌肉能在不同pH溶液中工作，最大伸展速度達每秒15毫米、最大應變達87%，且所需驅(qū)動電壓極小。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進材料》，有望為柔性驅(qū)動器在微機電系統(tǒng)、生物醫(yī)學等領域的應用提供全新思路。

　　漂泊信天翁可以連續(xù)飛行幾十天不休息、獵豹最快速度能達每秒29米……自然界中動物特異的運動能力，很大程度上得益于他們卓越的肌肉性能。研制出性能出色的人工肌肉，一直是人類的夢想。

　　鎵基液態(tài)金屬兼具液體和固體的一些優(yōu)良特性，且極易被氧化形成表面氧化膜。未被氧化時，其具有目前已知液體中最大的表面張力；氧化后，表面張力可降至接近0。中外聯(lián)合研究組利用電化學方法快速、可逆地實現(xiàn)這兩種狀態(tài)的切換，同時通過構(gòu)造液橋?qū)⒁簯B(tài)金屬液滴狀態(tài)切換過程中的形態(tài)變化，轉(zhuǎn)化為驅(qū)動行程及驅(qū)動力。

　　研究顯示，這種超強液態(tài)金屬人工肌肉，舒張時驅(qū)動電壓僅需0.5伏，收縮時僅需4伏。在0.25赫茲電壓驅(qū)動下，能提供約20毫牛拉力、40毫牛推力，超過1毫米的驅(qū)動行程。

　　為了驗證驅(qū)動性能和應用潛力，該研究還展示了這種液態(tài)金屬人工肌肉在編碼顯示、貨物運載、可重構(gòu)光學器件中的應用，并開發(fā)了一種自主游動的單尾鰭仿生機器魚。尾鰭一端的兩側(cè)對稱布置兩個驅(qū)動單元，兩個單元的異步收縮-舒張驅(qū)動尾鰭連續(xù)擺動，從而驅(qū)動機器魚向前游動。機器魚僅由一節(jié)3.7伏（80毫安時）鋰電池供電，在2赫茲電壓信號驅(qū)動下，機器魚游動速度能達到每分鐘10厘米，續(xù)航時間達40分鐘。

　　該研究證實了基于液態(tài)金屬液滴的柔性驅(qū)動器在低輸入電壓下具備卓越的驅(qū)動性能，為開發(fā)基于低功率驅(qū)動器機器人系統(tǒng)鋪平了道路。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202103062