由液態金屬發動機驅動的機器人船

蘇州大學機電工程學院 孫立寧團隊開發了一種液態金屬驅動操控的無繫泊的機器人船，並透過對方向和速度的精確控制實現複雜的運動。相關研究結果發表在Adv. Mater. Technol., DOI: 10.1002/admt.202000840。

與傳統的微機電系統（MEMS）不同，基於鎵液態金屬合金的機器依靠Marangoni流動來誘導運動而無需機械運動部件。儘管有這個優點，當前開發的支援液態金屬的機器人系統仍然需要液態金屬液滴的運動，從而產生弱的致動力並限制了它們的可操縱性。在這裡，建立了液態金屬發動機（LME）作為射流推進器，以連續為機器人船提供動力，而無需移動。另外，發動機由表面張力驅動，沒有任何機械運動部件。研究並優化了LME的結構設計和執行引數。最後，演示瞭如何使用電機控制單元對LME進行操縱，以驅動無繫泊的機器人船，並透過對方向和速度的精確控制實現複雜的運動。因此，該LME可以為開發高效能液態金屬機器提供動力，從而為機器人系統提供動力。

控制單元

運動控制模組主要由微控制器（STM32F103C8T6），九軸加速度計（JY901，中國深圳威特運動技術有限公司）集成了陀螺儀、加速度計和地磁感測器）、兩個繼電器（G6K-2P-Y-DC3），無線模組（AnnTem）、11.1伏鋰電池（160毫安時，重量16.25克）和3.7伏鋰電池電池（130毫安時，重量2.1克）。

LME模組的並聯和串聯模型

（A） 在電路模型中，用LME的串並聯模型來模擬。

（B） 在將Galinstan液滴串聯的情況下，流速與電壓的關係。直徑用於測試的Galinstan液滴為5mm，施加的方波頻率為100hz。

驅動力特性

液態金屬電子器件的驅動力特徵。（A） 實驗裝置示意圖用於測力。驅動力是利用感測器在推進機器人船時獲得的。（B） 驅動力與電壓的關係圖。用於試驗的加林斯坦液滴直徑為5 mm，以及應用方波的頻率為100赫茲。

行駛軌跡表徵

機器人船沿中間"S"形軌跡跟蹤時的跟蹤誤差圖。（A） 機器人船的期望和實際軌跡。（B） 時間與跟蹤誤差曲線圖在移動過程中。