新南威爾士大學(xué)研發(fā)出世界首臺(tái)液態(tài)金屬電機(jī)

澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）的研究人員創(chuàng)造出世界首臺(tái)由液態(tài)金屬液滴驅(qū)動(dòng)的神奇電機(jī)，為軟體機(jī)器人和柔性機(jī)器開啟全新可能。

液態(tài)金屬電機(jī)有望讓軟體機(jī)器人獲得“心臟”

新南威爾士大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種全新的電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)并非依賴剛性部件，而是由一滴液態(tài)金屬實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)發(fā)表在權(quán)威期刊《npj Flexible Electronics》上的突破性研究，可讓科幻電影《終結(jié)者》中的液態(tài)機(jī)器人T-1000的科幻成真，還可能為未來的軟體機(jī)器人、微型醫(yī)療器械賦予了一顆強(qiáng)大的柔軟“心臟”。從而使這一突破，有望改變軟體機(jī)器人、柔性電子以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

這種微型電機(jī)被稱為液態(tài)金屬液滴旋轉(zhuǎn)槳葉電機(jī)，其工作原理完全不同于傳統(tǒng)電機(jī)。它不使用線圈或磁體等剛性結(jié)構(gòu)，而是將一滴液態(tài)金屬嵌入鹽溶液中，并施加電場(chǎng)，利用液態(tài)金屬內(nèi)部產(chǎn)生的旋渦流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。

在旋轉(zhuǎn)的液態(tài)金屬內(nèi)部放置了一片小型銅質(zhì)槳葉，槳葉會(huì)被內(nèi)部流動(dòng)“帶動(dòng)”，從而產(chǎn)生持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

這是一種創(chuàng)造運(yùn)動(dòng)的全新方式。研究人員直接利用液態(tài)金屬本身的流動(dòng)來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，而不需要任何傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊，而且天生具有柔性。

電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘 320 轉(zhuǎn)，為液態(tài)金屬執(zhí)行器樹立了新的標(biāo)桿。這證明了簡(jiǎn)單、可流動(dòng)的金屬同樣可以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并為一種全新的電機(jī)類別打開了大門。

對(duì)許多人來說，微電機(jī)早已融入日常生活，但在平時(shí)常常不被注意——手機(jī)的震動(dòng)、筆記本電腦的散熱風(fēng)扇、相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦，都離不開微電機(jī)的工作。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)將能量——無論是電能還是機(jī)械能——轉(zhuǎn)化為扭矩，使轉(zhuǎn)軸持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從洗衣機(jī)到無人機(jī)，幾乎所有現(xiàn)代設(shè)備都依賴這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

正因如此，任何制造電機(jī)的新方法，都可能重塑家庭、工業(yè)，甚至醫(yī)療領(lǐng)域中的機(jī)器形態(tài)。

這種液態(tài)金屬電機(jī)在傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)在一些特殊的場(chǎng)景中尤為有價(jià)值。例如在軟體機(jī)器人領(lǐng)域，機(jī)器往往需要彎曲、拉伸，或擠進(jìn)狹小空間。

剛性的齒輪和傳動(dòng)軸會(huì)帶來限制，而一種本身就柔軟、可變形的電機(jī)，則可能徹底改變機(jī)器人的設(shè)計(jì)方式。

該項(xiàng)目合作者、悉尼大學(xué)教授 Kourosh Kalantar-Zadeh表示：一個(gè)微型機(jī)器人可以在人體內(nèi)部狹窄而不規(guī)則的空間中移動(dòng)，其動(dòng)力來自柔軟、靈活，而不是堅(jiān)硬、脆弱的電機(jī)——這正是這項(xiàng)新技術(shù)所指向的未來。

這一設(shè)計(jì)的美妙之處在于它的簡(jiǎn)單性，就像一個(gè)微型水車。正如流水推動(dòng)水車葉片旋轉(zhuǎn)一樣，旋轉(zhuǎn)的液態(tài)金屬推動(dòng)著銅質(zhì)槳葉。

除了機(jī)器人領(lǐng)域，液態(tài)金屬電機(jī)還可用于柔性電子、微流控設(shè)備以及生物醫(yī)學(xué)植入物，在這些需要在狹小或敏感環(huán)境中實(shí)現(xiàn)緊湊、自成一體運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用中，優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔性與高度適應(yīng)性，或?qū)⑹构こ處熌軌蛟O(shè)計(jì)出此前難以想象、甚至無法實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人。