运动。除了依靠电场控制液态金属的变形运动以外，该实验室还发现将金属铝和镓铟合金混合可以产生微弱的电场驱动液态金属自主运动，同时伴随氢气的产生。利用上述原理可以实现液态金属机器人的完全自主驱动，而不需要外加电场的控制。
[0045]本发明提供的基于液态金属的半柔性机器人，采用基于液态金属的燃料电池。同时液态金属材料可以催化铝和酸碱溶液的反应，进而产生氢气，氢气可以经过燃料电池与氧化剂发生反应产生电能，故而液态金属也可以用作提供能量的工质。此外，在液态金属与铝反应过程中产生的氢气可以方便地进行回收利用，进一步作为燃料电池为机器人系统提供能源。
【附图说明】
[0046]图1是基于液态金属的人形或半人形机器人示意图。
[0047]图2是机器人内部的柔性电路结构示意图；
[0048]其中:2-1是将液态金属打印在柔性基底上，再用柔性材料进行封装；
[0049]2-2是将液态金属灌注在柔性管道内部，实现柔性导线。
[0050]图3是本发明涉及的手形执行机构的三种不同实现方案的示意图；
[0051]其中:3-1是使用薄膜液态金属利用其收缩或人工肌肉的方法实现对物体的夹持；
[0052]3-2是使用栗改变液态金属在手形执行机构内的分布，利用重力作用实现对物体的夹持；
[0053]3-3是利用以液态金属作为工质的液压机构来驱动手形执行机构，实现对物体的夹持。
[0054]图4是液态金属催化铝在酸性或碱性溶液中反应生成氢气并与氧化剂在燃料电池中反应生成电能的示意图。
【具体实施方式】
[0055]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0056]本发明提供的基于液态金属的半柔性机器人，利用具有多种优良特性的液态金属材料，革新现有的机器人设计，并为未来的普适化人形机器人的发展提供技术基础，同时也是机器人仿生学领域的一大进步。
[0057]参见图1、图2，一种基于液态金属的半柔性机器人，包括机器人躯干以及与其连接的执行机构，机器人躯干I内置有储能装置3，储能装置3通过柔性电路6与执行机构相连接；
[0058]所述的柔性电路6包括微控制芯片6b和封装有液态金属的柔性导线6a，液态金属作为动力电流和/或电子信号传递的传导通道，柔性导线允许一定范围内弯曲或变形(且不会发生金属疲劳现象)。
[0059]进一步的，所述的柔性导线是外部为绝缘的柔性材料，内部封装有液态金属材料；
[0060]所述的液态金属材料为常温下处于液体状态的金属或合金的混合物。
[0061]具体的，参见图2，所述的柔性导线采用以下封装方式之一或其结合进行封装；
[0062]封装方式a(2_l所示):在柔性基底上喷涂或涂抹打印液态金属材料，对液态金属材料不封装或用柔性材料(如硅胶或PDMS)涂覆封装；
[0063]封装方式b(2_2所示):在柔性微管道内封装入液态金属。
[0064]所述的执行机构包括与机器人躯干相连接的手臂执行机构4，在手臂执行机构4的末端连接有手形执行机构5;
[0065]所述的手臂执行机构4为能够多自由度运动的机器人手臂；
[0066]所述的手形执行机构5包括能够变形的手形机构和基于液体金属的触发变形机构，液态金属作为机器人可变形执行机构的变形诱发介质或传导介质。
[0067]所述的触发变形机构是引起液体金属的质量分布变化、形状分布变化、电致变形和/或液压变化的机构;触发变形机构触发液体金属改变状态带动手形机构变形。
[0068]所述的手臂执行机构4的关节节点采用电机或液压驱动的结构，或者采用电致变形材料(如人工肌肉)，配合对应的机械结构产生多自由度运动。
[0069]所述的连接在手臂执行机构4末端的手形执行机构5，能够实现抓握、运输或变形等动作。所述的手形执行机构5采用以下变形方式之一或其结合进行变形:
[0070]变形方式a:通过管道与栗，改变液态金属在手形执行机构中的位置与质量分布，通过重力作用产生变形；
[0071]变形方式b:将液态金属附着或封装于执行元件，外加电场使得液态金属收缩(利用液态金属在电场作用下的收缩特性)，改变执行元件的形状产生变形，并带动执行机构；
[0072]变形方式c:将液态金属作为薄膜电极，驱动人工肌肉材料产生弯曲变形，进而驱动执行机构；
[0073]变形方式d:将液态金属作为循环工质，通过液压机构产生运动或变形，其结构类似于传统的液压连杆设计。
[0074]参见图3，所述的手形执行机构5包括由柔性材料构成的手形机构，液态金属通过喷涂或涂抹打印的方式涂覆在柔性材料的基底表面；当外加电场施加于液态金属后，其表面张力发生变化，带动柔性基底发生弯曲，形成对待操作物体的夹持。
[0075]或者，所述的手形执行机构5包括柔性材料构成的手形机构，液态金属封装在柔性材料内中空的管道内；当手形执行机构尚未夹持时，液态金属材料位于远离端部的位置，管道未变形；当手形执行机构需要夹持时，液态金属通过栗的作用运输到手形机构端部位置，增加端部的质量，在重力作用下手形机构发生弯曲，对待操作物体形成夹持。
[0076]或者，所述的手形执行机构5包括以转轴相连接的液压臂作为手形机构，其中上节液压臂与液压装置的液压箱相连接，下节液压臂与液压装置的液压杆相连接，液压箱内充有液态金属作为流动工质；当液态金属材料开始向液压箱填充，推动液压杆伸长，带动下节液压臂相对转轴向下转动，使得手形执行机构发生弯曲，对待操作物体形成夹持。
[0077]储能装置3可以是电池，如锂电池、碱性电池以及铅酸电池，也可以是通过液态金属催化铝，使得铝和碱液或者酸液产生反应，生成氢气，氢气进入到燃料电池当中，与氧化剂发生反应产生电能，进而驱动机器人运动。
[0078]参见图4，所述的储能装置3为液态金属燃料电池，液态金属燃料电池包括相隔绝的氧化舱和氢气反应舱，氢气反应舱内设有浸没在酸性、碱性或中性溶液(如浓度在ι-?ο %的盐酸、NaOH碱性溶液或NaCl溶液)3c，中的液态金属材料3a与铝3b，两者反应生成的氢气3d通过连接孔与反应舱3e的还原端相连通;氧化舱内存储有氧化剂3f，氧化剂3f通过连接孔与反应舱的氧化端相连通;氢气3d与氧化剂3f在反应舱3e内通过氧化还原反应产生电會K。
[0079]所述的机器人躯干、执行机构的支撑部分采用刚性材料或柔性材料，或者采用混合刚性材料与柔性材料形成复合结构;机器人为人形或半人形机器人。所述的刚性材料:金属、陶瓷或者有机高分子等，所述的柔性材料:硅胶、乳胶等高分子柔性材料。
[0080]所述的液态金属材料根据机器人的使用部件、机器人的应用场景、使用环境以及性能要求来选取液态金属材料。比如金属镓、不同配比下的低熔点镓基合金以及含有铟的伍德合金(铋50%，铅25%，锡12.5%，镉12.5% )等。
[0081 ]下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明。
[0082]实施例1
[0083]参见图1，机器人I包括躯干2，以及连接在躯干2上的手臂执行机构4、连接在手臂执行机构4末端上的手形执行机构5，内置在躯干2内部的储能装置3，以及分布在躯干2、手臂执行机构4以及手形执行机构5内部的基于液态金属的柔性电路6几个部分构成。
[0084]其中储能装置使用锂电池作为能量来源，为手臂执行机构4以及手形执行机构5提供电能。本实施例中手形执行机构使用图3中3-1方案，液态金属薄膜5a通过喷涂或涂抹打印的方式涂覆在柔性基底5b表面，当在液态金属上外加电场后，表面张力发生变化，带动柔性基底发生弯曲，进而形成对待操作物体的夹持，配合手臂执行机构的运动，可以实现对被夹持的物体的搬运等动作。
[0085]图4所示为分布于机器人I内部的基于液态金属的柔性电路6，柔性电路6通过液态金属导线连接了储能装置3，手臂执行机构4以及手形执行机构5，其主要作用是机器人内部的信号传递以及动力电流传导。图2中6a为液态金属导线，6b为连接液态金属导线的微控制芯片(示意图)。在本实施例中，液态金属导线使用2-1方案，也即将液态金属打印在柔性基底表面，然后再用一层柔性材料进行封装，避免液态金属材料的泄漏。其中6c为液态金属材料，6d为柔性材料。
[0086]实施例2
[0087]参见图1，机器人的基本构成与第一实施例相同，与第一实施例相区别的是手形执行机构5使用图3中3-2方案，当手形执行机构尚未夹持时，手形执行机构如3-2左侧所示，液态金属材料5d处于中空的管道5c内部，在未夹持时液态金属材料5d位于远离端部的位置，管道未变形。需要夹持时液态金属通过栗的作用运输到手形执行机构5端部位置，增加端部的质量，在重力作用下手形执行机构5发生弯曲，对待操作物体形成夹持。
[0088]实施例3
[0089]参见图1，机器人的基本构成与第一实施例相同，与第一实施例相区别的是手形执行机构5使用图3中3-3方案，用以液态金属作为流动工质的液压杆来驱动手形执行机构5，其中5e为液态金