近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所與北京林業(yè)大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》上發(fā)表了一篇研究論文《Transformable 3D Curved High-Density Liquid Metal Coils – An Integrated Unit for General Soft Actuation, Sensing and Communication》，展示了一種創(chuàng)新的3D彎曲高密度液態(tài)金屬線圈（HD-LMC）技術(shù)，不僅突破了傳統(tǒng)剛性線圈的限制，還為軟體機(jī)器人領(lǐng)域柔性執(zhí)行、感知與通訊功能一體化集成提供了全新的可能性。文章第一作者為理化所博士生李楠，通訊作者為理化所劉靜研究員和北林王磊副教授。
柔性線圈近年來(lái)在軟體機(jī)器人領(lǐng)域引人矚目，然而由于其稀疏的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)上的挑戰(zhàn)，限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。此項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了一種3D彎曲高密度液態(tài)金屬線圈（HD-LMC），其結(jié)構(gòu)密度超過(guò)了傳統(tǒng)的漆包線。這種線圈由液態(tài)金屬（EGaIn）和彈性PDMS基底構(gòu)成，具有優(yōu)異的柔韌性和機(jī)械性能。此外，制作HD-LMC的方法不僅適用于PDMS，還可擴(kuò)展到環(huán)氧樹脂、人用硅膠和Ecoflex等多種基材，具有普遍廣泛的適用性。
研究團(tuán)隊(duì)展示了HD-LMC在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括一個(gè)能夠精確控制尾部擺動(dòng)的仿生河豚機(jī)器人，以及一個(gè)具有集成感知和驅(qū)動(dòng)功能的軟體旋轉(zhuǎn)機(jī)器人。這些機(jī)器人不僅能夠在水中靈活游動(dòng)，還能在陸地上高速行駛，展示了HD-LMC在軟體機(jī)器人中的巨大潛力。
軟體機(jī)器人因其出色的安全性和環(huán)境適應(yīng)能力，近年來(lái)在各種應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，高精度、大工作范圍、多物理感知能力、高響應(yīng)速度、大功率密度和強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力的集成單元一直是個(gè)難題。傳統(tǒng)的柔性傳感器和驅(qū)動(dòng)器往往需要多個(gè)單元協(xié)同工作，導(dǎo)致機(jī)器人結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜。而HD-LMC的出現(xiàn)，為解決這一問(wèn)題提供了全新的思路。
圖2. 高密度液態(tài)金屬線圈的機(jī)、電、磁、熱特性
圖3. 高密度液態(tài)金屬線圈集成單元用于壓力、溫度、距離傳感和近場(chǎng)通信
圖4. 采用高密度液態(tài)金屬線圈的電磁驅(qū)動(dòng)器的仿生河豚
圖5. 具有位置識(shí)別和速度反饋功能的高精度高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器人
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51648-4
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