[发明专利]一种反重力可变形液态金属机器

说明书

本发明公开了一种反重力可变形液态金属机器，涉及柔性机器技术领域，本发明中通过在电解液中引入石墨基底与电控液态金属等多位一体的独特的材料配合体系，首次实现了逆着重力方向运动的反重力可变形液态金属机器，显著扩展了以往玻璃容器内电控下液态金属智能在平面变形的能力，可用于制作立体液态金属变形体、柔性执行器、天线、开关电路，以及用作微流体阀、泵或更多人工机器，控制目标流体或传感器的定向运动等。

技术领域

本发明涉及柔性机器技术领域，特别涉及一种反重力可变形液态金属机器。

背景技术

迄今，大多数的机器人均是作为一种刚体机器发挥作用的。实现能在不同形态之间自由转换的可变形柔性智能机器，以执行常规技术难以完成的更为特殊高级的任务，是科学界与工程界长久以来的梦想，相应技术在军事、民用、医疗与科学探索中极具重大理论意义和应用前景。比如，在抗震救灾或军事行动中，此类机器人应能根据需要适时变形，以穿过狭小的通道、门缝乃至散布于建筑物中的空隙，之后再重新恢复原形并继续执行任务。在最为高级的机器人中，具备可变形性和柔性特征是极为关键的一环。也因如此，国际上一直在努力寻找可改变材料形状的技术，以构建出对应的机器人设计蓝图。不过，由于受到来自材料特别是技术理念的限制，有关研究尚处于积极的推进之中。

2014年初，中科院理化技术研究所与清华大学联合研究小组，首次发现电场控制下液态金属与水的复合体可在各种形态及运动模式之间发生转换的基本现象，相应研究发表于Advanced Materials上(L.Sheng,J.Zhang,J.Liu,Diverse transformation effectsof liquid metal among different morphologies.Advanced Materials,vol.26,pp.6036-6042,2014；先进材料，不同构象之间的液态金属多变形性)。试验揭示，浸没于水中的液态金属对象可在低电压作用下呈现出大尺度变形、自旋、定向运动；若适当调整电极和流道，还可将液态金属的运动方式转为单一的快速定向移动。由于上述发现的科学突破性和实际应用价值，论文发表后很快就在国际上引起重大反响及广泛热烈的讨论，一度被多达上百个科学或专业英文网站予以专题报道和评介。业界普遍认为，这一“液体机器预示着柔性机器人的新时代”。然而，研究小组在试验中发现，由于电场力幅度较小，要通过电极控制液态金属，很难实现液态金属逆着重力方向的运动，也就是说，若容器底部与地面呈现哪怕很小的角度后，液态金属在电极的作用下均很难爬行。这一定程度上限制了液态金属变形机器的运动维度。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题的反重力可变形液态金属机器。

依据本发明的一个方面，提供了一种反重力可变形液态金属机器，所述机器包括：容器、石墨基底、电流产生单元和液态金属；

所述容器内盛放有电解液，所述石墨基底的上表面与水平面呈预设角度，所述石墨基底的上表面和液态金属均设于所述电解液中，所述电流产生单元用于为所述液态金属提供电流，以使所述液态金属在电流作用下实现反重力运动。

可选地，所述电流产生单元包括：电源和控制电极对，所述电源与所述控制电极对相连，所述控制电极对产生电流。

可选地，所述电流产生单元包括：电源和控制电极阵列，所述电源与所述控制电极阵列相连，所述控制电极阵列产生电流。

可选地，所述石墨基底的上表面为光滑平面。

可选地，所述石墨基底的上表面设有至少一种结构化图案槽道。

可选地，所述机器还包括：加热单元，所述加热单元用于对所述电解液进行加热。

可选地，所述容器由玻璃或塑料制成。

可选地，所述液态金属的熔点低于100℃。

可选地，所述液态金属包括：镓基合金、铟基合金和铋基合金中的至少一种。