[发明专利]一种可自驱动进行仿蛇形运动的液态金属柔性机器

说明书

本发明涉及一种可自驱动进行仿蛇形运动的液态金属柔性机器，包括柔性液态金属容器，置于所述柔性液态金属容器中的液态金属以及为液态金属进行蛇形运动提供驱动力的酸与盐的混合溶液，所述液态金属浸于所述酸与盐的混合溶液中；所述柔性液态金属容器的四周设有一个或多个液态金属出口，所述液态金属的出口由弹性模量小于所述柔性液态金属容器的超弹性薄膜进行封堵，所述超弹性薄膜与所述酸与盐的混合溶液之间设有可开闭的挡片，打开所述挡片，所述液态金属在所述酸与盐的混合溶液的驱动下推动所述超弹性薄膜进行蛇形运动。本发明的仿蛇形运动柔性机器无需外界能量供应，具有完全自驱动的性质，并且全柔性，可适应各种复杂的情况，应用场景广泛。

技术领域

本发明涉及柔性机器人技术领域，具体涉及一种液态金属自主驱动的可进行蛇行运动的机器。

背景技术

科技的不断进步，机器人产业获得了长足的发展，工业机器人以及服务机器人在诸多领域获得了广泛的应用，大大提高生产效率的同时也改善了人们的生活。此外，特种机器人由于具有灵活性、机动性,可代替人完成重复、繁琐或危险的劳动,已广泛应用于医疗、卫生、海洋探索、灾后救援、地形勘探、战场信息获取等各种领域。然而，因为应用场所的复杂性，适应性有限的刚性机器正在遇到越来越多的挑战和瓶颈。另一方面，柔性机器具有相当高的自由度，因而可以连续地变形，表现出了前所未有的适应性。因而，柔性机器获得了科研界和产业界的大量关注。

在自然界中，经过亿万年的进化，生物倾向于与环境更好地相容，形成了很多独一无二的特征。在这其中，柔软性是其中重要的特征之一。所以，从这个意义上说，生物学一直是制造柔性机器重要的灵感来源。例如地球上常见的蛇，拥有十分强大的适应性。在没有腿的协助下，仍可以迅速通过肌肉的收缩进行快速运动，在各种复杂的地形中灵活穿行。正是蛇形运动的广泛适应性和灵活性，使得仿生型蛇形运动的研究吸引了大量的关注。截至目前，国内外的很多研究者做了大量的工作。这其中，日本工业大学设计的一种气动式蠕动行进的蛇形机器人、美国密歇根大学设计的一种利用履带驱动的蛇形机器人、卡耐基梅隆大学研制的一种能够攀爬和翻滚的模块化蛇形机器人以及上海交通大学制作的微小型仿蛇型机器人是其中杰出的代表，这些研究为软体仿生蛇提供了宝贵的经验但也体现了目前仿生蛇研究的困境和不足。因为自然界中的蛇形运动需要肌肉的良好协调，运动十分流畅，这对由硬质材料构成的传统机器来说是一项艰巨的挑战。此外，目前仿蛇形运动大都通过依赖硬质材料的结构设计进而实现，为了驱动硬质材料的运动，需要依靠外部能量的供给，比如气泵或者电力，这大大限制了蛇形机器的使用场所和应用价值，距离理想中的仿蛇形机器尚有一定的差距。因此，可直接实现的全柔性自驱动的仿蛇形运动的机器意义重大。

近年来，具有高柔性，可变形性，导电性，导热性和无毒性等独特性能的液态金属(比如Ga₆₇In₂₁Sn₁₂)正在吸引柔性机器领域的广泛关注。液态金属系统的一系列引人入胜的界面现象已被发现和解释，例如液态金属自驱动运动，液态金属表面对流，液态金属大尺度运动等。这些现象的发现和揭示表明液体金属丰富的可变形性，是一种难得的具有多种功能的智能材料，为更为重要的功能的实现奠定了重要的理论基础。众所周知，终结者中的T1000液态金属机器人引起了大家广泛的兴趣，功能强大的液态金属机器人的实现是柔性机器领域的一大目标。因而，液态金属柔性机器的实现具有重要的理论和实践意义，可大大鼓舞本领域的科研人员。最近，研究人员发现，置于某些酸性盐溶液中的一团液态金属会自发地生长出大量的伪足，并像蛇一样运动。这个现象突破了以往液态金属的运动和变形形式，对于液态金属柔性机器的制造具有重要的价值。

发明内容

基于首次发现的离子激发的液态金属蛇形运动的现象，本发明提出一种可以进行蛇形运动的液态金属柔性机器，具有全柔性，自驱动，结构简单的特点，可有效解决现有刚性机器非柔性无法适应复杂环境，依赖外界能量供给以及结构复杂的现状，应用前景可期。

本发明的液态金属柔性机器，包括柔性液态金属容器，置于所述柔性液态金属容器中的液态金属以及为液态金属进行蛇形运动提供驱动力的酸与盐的混合溶液，所述液态金属浸于所述酸与盐的混合溶液中；