一种液态金属柔性运动体及其制备方法和控制方法与流程

本发明涉及微型柔体机器人和微流体操控领域，尤其涉及一种液态金属柔性运动体及其制备方法和控制方法。

背景技术：

能够在不同形态间变化而且能被自如操控运动的微型柔体机器人一直是工程科学领域不断探求的目标，而以镓和镓铟合金为代表的液态金属由于同时具备金属的优良导电性和液体的流动性，近年来吸引了广泛关注，被越来越多地用来制造用传统刚性材料无法实现的柔性机器人。目前国际上有关液态金属运动机理的研究内容十分丰富，包括电控、磁控、光照、化学反应等驱动方式，但制造出的液态金属运动体大多只能实现自身的可控运动，很少有把液态金属和微量货物合为一体，实现液态金属运输功能的例子。相关的一些尝试都局限于把货物简单地附着在液态金属液滴表面，这样在后续的运动中货物很容易损失，在复杂的通行环境里面难以保存完整。

目前大部分靶向药物在人体内都采用被动运输方式，依靠渗透效应，随血液循环逐渐积聚在目标附近，或者靠抗体的生物特型定向送药，总体上都缺少能随意改变药物运送方向的方法。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种液态金属柔性运动体及其制备方法和控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种液态金属柔性运动体，包括液态金属、设置在所述液态金属内部的空心球，所述空心球内设置有磁性粉和要运送的货物，在电场或磁场驱动下，所述液态金属能够运动。

一种液态金属柔性运动体的制备方法，包括以下步骤：

（1）提供一个空心球，空心球设有至少一个开口端；

（2）往空心球内填充磁性粉和要运送的货物；

（3）将空心球的开口端密封住；

（4）将步骤（3）的空心球浸泡在液态金属里；

（5）取液态金属液滴，将步骤（4）处理的空心球和液态金属液滴接触，空心球被吞进液态金属液滴内部。

本发明一个较佳实施例中，一种液态金属柔性运动体的制备方法进一步包括所述步骤（1）中，空心球为铜球。

本发明一个较佳实施例中，一种液态金属柔性运动体的制备方法进一步包括所述步骤（1）中还包括用盐酸处理空心球。

本发明一个较佳实施例中，一种液态金属柔性运动体的制备方法进一步包括所述步骤（3）中，采用玻璃胶或焊锡丝将空心球的开口端密封住。

本发明一个较佳实施例中，一种液态金属柔性运动体的制备方法进一步包括所述步骤（4）中还包括搅拌，直至空心球表面附着上一层液态金属薄层。

本发明一个较佳实施例中，一种液态金属柔性运动体的制备方法进一步包括所述步骤（5）中，将液态金属液滴放入氢氧化钠溶液里。

一种液态金属柔性运动体的控制方法，将液态金属柔性运动体放入电解质溶液中，在电解质溶液的两端施加电压，使得液态金属柔性运动体由阴极向阳极运动。

一种液态金属柔性运动体的控制方法，将磁性元件靠近液态金属柔性运动体，移动磁性元件带动液态金属柔性运动体运动。

本发明一个较佳实施例中，一种液态金属柔性运动体的控制方法进一步包括加快磁性元件的运动，使得液滴跟不上空心球的移动，将空心球从液滴里拖出来，让液滴和空心球分离。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明相比传统的被动型靶向药物运输，这种微型液态金属柔性运动体能被磁场或电场主动地操控，在复杂通道内自由运动，运动速度也能通过改变电压大小或磁铁移动速度调控，能保证货物在运送过程里保存完好，不和外界接触，在需要的时候才释放出来，制备操作过程简单易行，可重复性好，具有推广应用的价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的制备流程图；

图2是本发明的优选实施例的外加电场柔性运动体的运动状态图；

图3是本发明的优选实施例的柔性运动运动的平均速度与电压的关系图；

图4是本发明的优选实施例的外加磁场柔性运动体的运动状态图。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种液态金属柔性运动体，包括液态金属、设置在液态金属内部的空心球，空心球内设置有磁性粉和要运送的货物，在电场或磁场驱动下，液态金属能够运动。

如图1所示，一种液态金属柔性运动体的制备方法，包括以下步骤：

（1）提供一个空心球，用盐酸处理空心球，去除空心球表面氧化物，空心球设有两个开口端，两个开口端均连通空心球内部；

（2）往空心球内填充磁性粉和要运送的货物；

（3）将空心球的两个开口端密封住；

（4）将步骤（3）处理后的空心球浸泡在液态金属里，搅拌直至空心球表面附着上液态金属薄层；

（5）取液态金属液滴，将步骤（4）处理的空心球和液态金属液滴接触，空心球被吞进液态金属液滴内部。

其中步骤（1）中，优选空心球采用与液态金属润湿性好的材质，液态金属接触这种材质能在这种材质表面铺展开，比如铜。进一步优选空心球的直径为3mm。

其中步骤（2）中，优选磁性粉为铁粉，但并不局限于铁粉，也可以为钴粉和镍粉。

其中步骤（3）中，优选用玻璃胶将空心球的两个开口端密封住，但并不局限于玻璃胶，也可以用焊锡丝密封。

其中步骤（4）中，优选液态金属为镓铟合金，并不局限于镓铟合金，也可以为镓铟锡合金或液态镓，可将液态金属存储在一个试管中，再用镊子夹取铜球浸泡在液态金属里。优选液态金属为0.5-2.0ml，进一步优选液态金属为1.5ml。

其中步骤（5）中，将液态金属液滴放入氢氧化钠溶液中，防止液态金属液滴的氧化，也可以将液态金属液滴放入氯化氢溶液中，或者采用一些密封装置，使液态金属液滴与空气隔绝，优选液态金属液滴为镓铟合金液滴，具体由75%的镓和25%的铟组成，但并不局限于镓铟合金液滴，也可以为镓铟锡合金液滴或液态镓液滴，或者更改合金的金属含量配比。优选氢氧化钠溶液为0.2-0.5mol/l。优选液态金属液滴为0.1ml，避免空心球对液态金属液滴运动的阻碍，确保液态金属液滴运动的顺畅性。

图2是外加电场控制柔性运动体运动的状态示意图，在长150mm、宽10mm的管道中，管道里填满氢氧化钠溶液，管道两端插石墨电极，连接电源，加10v电压，柔性运动体由阴极向阳极运动。这是由于吞进铜球的液滴仍然保持着纯净液态金属的流动性，放置在氢氧化钠溶液里两端施加电压，会造成液滴表面电荷重新分布，形成电势差，引起液滴的表面张力梯度，产生表面马兰戈尼流，推动整个液滴由阴极向阳极运动。图3是柔性运动体运动的平均速度与电压的关系图，平均速度指的是通道的长度与完全通过该通道所用时间的比值，随着电压的增大，平均速度也增大，柔性运动体运动的越快。

如图4所示，由于铜球内填充铁粉，磁铁可以吸引液滴内部的铜球，铜球拖拽着整个液滴运动，实现这种柔性运动体的即时磁控运动。加快磁铁的运动，液滴跟不上铜球的移动，就能把铜球从液滴里拖出来。

本发明的柔性运动体能够在电场或磁场的驱动下，能够朝着想要的方向运动，使得在运送药物方便变得主动，能够随意改变药物运送方向，快速、准确的到达人体内指定位置，为人类疾病的治疗提供很好的基础。要运送的货物也可以是信号收发器，实现不停的信号收发，形成间谍机器人。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。