中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張世武、副研究員金虎聯(lián)合國內(nèi)外學(xué)者，提出一種基于電化學(xué)方法改變液態(tài)金屬表面張力的液態(tài)金屬人工肌肉，以模仿肌肉收縮及舒張功能。這種超強(qiáng)人工肌肉能在不同pH值的溶液中工作，最大伸展速度達(dá)每秒15毫米、最大應(yīng)變達(dá)87%，且所需驅(qū)動(dòng)電壓極小。相關(guān)成果近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》，有望為柔性驅(qū)動(dòng)器在微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)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(dá)每秒29米……自然界中動(dòng)物特異的運(yùn)動(dòng)能力，很大程度上得益于它們卓越的肌肉性能。研制出性能出色的人工肌肉，一直是人類的夢(mèng)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(shí)，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。研究組利用電化學(xué)方法快速、可逆地實(shí)現(xiàn)這兩種狀態(tài)的切換，同時(shí)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(dòng)行程及驅(qū)動(dòng)力。

　　研究顯示，這種超強(qiáng)液態(tài)金屬人工肌肉，舒張時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓僅需0.5伏，收縮時(shí)僅需4伏。在0.25赫茲電壓驅(qū)動(dòng)下，它能提供約20毫牛拉力、40毫牛推力，超過1毫米的驅(qū)動(dòng)行程。

　　為驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)性能和應(yīng)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(yùn)載、可重構(gòu)光學(xué)器件中的應(yīng)用，并開發(fā)了一種自主游動(dòng)的單尾鰭仿生機(jī)器魚。尾鰭一端的兩側(cè)對(duì)稱布置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，兩個(gè)單元的異步收縮—舒張驅(qū)動(dòng)尾鰭連續(xù)擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)器魚向前游動(dòng)。機(jī)器魚僅由一節(jié)3.7伏的鋰電池供電。在2赫茲電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，機(jī)器魚游動(dòng)速度能達(dá)到每分鐘10厘米，續(xù)航時(shí)間達(dá)40分鐘。

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

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