理化所用液态金属和3D打印制造出微型车辆

近期,中国科学院理化技术研究所联合清华大学研究组,研发出镀有磁性功能层的自驱动液态金属机器乃至以液态金属为车轮的微型车辆。除此之外,该研究团队还首次报道了由液态金属驱动的金属丝振荡效应、金属颗粒触发型液态金属跳跃现象等。此前,液态金属机器均以纯液态方式出现,固液组合机器效应的发现和技术突破,使得液态金属机器自此有了功能性内外骨骼,将提速柔性机器的研制进程。

在《材料化学学报B》(Journal of Materials Chemistry B)上的论文Self-Propelled Liquid Metal Motors Steered by Magnetic or Electrical Field for Drug Delivery(4, 5349, 2016,封面文章)中,研究小组通过电镀方法在液态金属表面镶嵌铁磁性镍层,由此实现了机器在外部磁场或电场作用下的灵活控制(图1),并验证了其在药物递送方面的潜在价值。超越于无规则运动型液态金属机器的是,该磁性固液组合机器可实现运动起停、转向和加速等复杂行为。

图1期刊封面故事及镀有镍壳的固液组合式磁性液态金属机器的可控与自主运动

进一步地,研究小组还发展出一种以柔性可变形“车轮”驱动的微型车辆,其由金属液滴及经3D打印的塑料本体组合而成。在电场作用下,液态金属“车轮”可发生旋转变形,继而驱动车辆行进、加速乃至实现更多复杂运动(图2)。采用类似于四驱车的结构,研究小组证实其可在携带重物0.4 g的情况下以25 mm/s速度运动。这种固液组装型柔性机器的设计概念可衍生出更多复杂的可控机器结构。相应研究发表在RSC Advances(Liquid Metal Wheeled Small Vehicle for Cargo Delivery, 6, 56482-56488, 2016)上。

图2柔性可变形液态金属车轮驱动的单轮车及四驱车在电场控制下的运动行为

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