近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與清華大學(xué)聯(lián)合科研小組，基于其長期以來對液態(tài)金屬變形效應(yīng)、經(jīng)典流體研究特別是液態(tài)金屬在柔性機(jī)器人領(lǐng)域的基礎(chǔ)探索，首次系統(tǒng)地提出了一種旨在研制未來尖端柔性機(jī)器人的一般原則，即：液體集成。相應(yīng)工作以前瞻性論文形式應(yīng)邀發(fā)表于Wiley旗下期刊Advanced Intelligent Systems上（T. Y. Liu, P. Qin, J. Liu, Intelligent Liquid Integrated Functional Entity (I‐LIFE): A Basic Way to Innovate Future Advanced Biomimetic Soft Robotics, 2019），并被選為期刊正封面故事（如圖）。文章第一作者為理化所博士生劉天英，通訊作者為理化所研究員劉靜。

 

　　自然界動物無與倫比的運(yùn)動能力，長久以來始終激勵和啟發(fā)著人類去打造更為先進(jìn)的機(jī)器人。在迄今已被逐步認(rèn)識和借鑒的動物形體結(jié)構(gòu)之外，還有哪些重要線索值得人類去學(xué)習(xí)效仿呢？實際上，只要將人造機(jī)器與自然所創(chuàng)造的生命作一對比，就會發(fā)現(xiàn)后者體系內(nèi)總是充滿了大量液體成分如水。也因如此，人類在尋找宇宙生命時，一般都將能否找到水作為生命存在與否的基本判據(jù)。正是液體這種精靈般物質(zhì)的存在，將生物界與了無生氣的機(jī)器界從根本上區(qū)別開來。那么，生物體特別是動物體內(nèi)遍布全身的液流系統(tǒng)，會否是引領(lǐng)機(jī)器人變革但卻長期被嚴(yán)重忽視的基本技術(shù)源泉呢？也就是說，要研制前所未有的性能卓越的仿生柔性機(jī)器人，或許應(yīng)該深刻領(lǐng)悟到生物體液系統(tǒng)所提供的重大啟示。最近，聯(lián)合小組在這一全新機(jī)器人設(shè)計原則與基礎(chǔ)技術(shù)理念的認(rèn)識上取得突破。

 

　　在此項工作中，作者們指出，自然界眾多巧奪天工的水相內(nèi)環(huán)境生命設(shè)計策略完全值得充分借鑒和效仿。沿此基本思想，可發(fā)展出一系列變革性機(jī)器人設(shè)計思路，未來柔性機(jī)器人體內(nèi)將擁有一系列如同生命體系那樣貫穿全身的液體功能單元，并能以無縫方式將整個機(jī)體及功能集成到一起，作者為此將其命名為智能液體集成功能體（I-LIFE：Intelligent Liquid Integrated Functional Entity)，其縮略語也取“我-生命(I-LIFE)”之意。如果說傳統(tǒng)的硅集成電路是固體集成的話，這里的集成則屬于液體集成，二者目標(biāo)均在于借助某種統(tǒng)一載體將各種功能單元集成到一起，不同的是前者形成的是芯片，后者則實現(xiàn)的是機(jī)器人高級功能單元，類似于仿生型“組織體液”、“血液循環(huán)系統(tǒng)”、“組織”、“器官”等。

 

　　為闡明機(jī)器人液體集成理論體系，論文從五方面代表性功能（圖1），即：運(yùn)動、能量供應(yīng)、結(jié)構(gòu)調(diào)控、傳感和智能控制等進(jìn)行了論述，并系統(tǒng)講解如何將液體系統(tǒng)充分介入到各層面，以發(fā)揮特定作用的問題。論文進(jìn)一步列舉了可作為I-LIFE候選液體的潛在對象，如：磁流變液體、液態(tài)金屬、離子液體和水等，并解讀了對應(yīng)流體的技術(shù)應(yīng)用特點。最后，對I-LIFE引申出的理論與技術(shù)挑戰(zhàn)進(jìn)行了剖析，并指出了未來發(fā)展的方向。

 

　　總的說來，液體集成（I-LIFE）的提出，可望促成柔性機(jī)器人研制理念的變革，在此方向上今后還有望發(fā)展出更多的理論與技術(shù)路線，從而為研制接近動物和人體功能的全新一代尖端柔性機(jī)器人打下堅實基礎(chǔ)。

 

　　以上工作得到國家自然科學(xué)基金委重點項目、中科院院長基金及前沿項目的資助。