首個自主運動可變形液態(tài)金屬機器問世

    從中科院獲悉，中科院理化所與清華大學醫(yī)學院聯(lián)合研究小組研發(fā)出世界首個自主運動的可變形液態(tài)金屬機器。研究論文迅速被數(shù)十個知名科學雜志或?qū)I(yè)網(wǎng)站專題報道，在國際上引起重要反響和熱議。

　　由研究員劉靜帶領(lǐng)研究組于世界上首次發(fā)現(xiàn)了一種異常獨特的現(xiàn)象和機制，即液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后以可變形機器形態(tài)長時間高速運動，實現(xiàn)了無需外部電力的自主運動，從而為研制實用化智能馬達、血管機器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復雜的液態(tài)金屬機器人奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

　　這是該小組繼首次發(fā)現(xiàn)電控可變形液態(tài)金屬基本現(xiàn)象之后的又一突破性發(fā)現(xiàn)。這種液態(tài)金屬機器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng)，從而向研制自主獨立的柔性機器邁出了關(guān)鍵的一步。

　　研究揭示，置于電解液中的鎵基液態(tài)合金可通過“攝入”鋁作為食物或燃料提供能量，實現(xiàn)高速、高效的長時運轉(zhuǎn)，一小片鋁即可驅(qū)動直徑約5 mm的液態(tài)金屬球?qū)崿F(xiàn)長達1個多小時的持續(xù)運動，速度高達每秒5厘米。

　　這種柔性機器既可在自由空間運動，又能于各種結(jié)構(gòu)槽道中蜿蜒前行;令人驚訝的是，它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整，遇到拐彎時則有所停頓，好似略作思索后繼續(xù)行進，整個過程仿佛科幻電影中的終結(jié)者機器人現(xiàn)身一般。

　　應(yīng)該說，液態(tài)金屬機器一系列非同尋常的習性已相當接近一些自然界簡單的軟體生物，比如：能“吃”食物(燃料)，自主運動，可變形，具備一定代謝功能(化學反應(yīng))，因此作者們將其命名為液態(tài)金屬軟體動物。

　　這一人工機器的發(fā)明同時也引申出“如何定義生命”的問題。目前，實驗室根據(jù)上述原理已能制成不同大小的液態(tài)金屬機器，尺度從數(shù)十微米到數(shù)厘米，且可在不同電解液環(huán)境如堿性、酸性乃至中性溶液中運動。

　　試驗和理論分析表明，此種自主型液態(tài)金屬機器的動力機制來自兩方面：一是發(fā)生在液態(tài)合金、金屬燃料及電解液間的Galvanic電池效應(yīng)會形成內(nèi)生電場，從而誘發(fā)液態(tài)金屬表面的高表面張力發(fā)生不對稱響應(yīng)，繼而對易于變形的液態(tài)金屬機器造成強大推力;與此同時，上述電化學反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣也進一步提升了推力。正是這種雙重作用產(chǎn)生了超常的液態(tài)金屬馬達行為，這種能量轉(zhuǎn)換機制對于發(fā)展特殊形態(tài)的能源動力系統(tǒng)也具重要啟示意義。

　　在迄今所發(fā)展的各種柔性機器中，自主型液態(tài)金屬機器所表現(xiàn)出的變形能力、運轉(zhuǎn)速度與壽命水平等均較為罕見，這為其平添了諸多重要用途。作為具體應(yīng)用器件之一，還特別展示了首個無需外界電力的液態(tài)金屬泵，通過將其限定于閥座內(nèi)，可達到自行旋轉(zhuǎn)并泵送流體的目的，據(jù)此可快速制造出大量微泵，滿足諸如藥液、陣列式微流體的輸運等，成本極低;若將此類柔型泵用作降溫，還可實現(xiàn)高度集成化的微芯片冷卻器;進一步的應(yīng)用可發(fā)展成血管或腔道機器人甚至是可自我組裝的液態(tài)金屬智能機器等。

　　自驅(qū)動液態(tài)金屬機器的問世引申出了全新的可變形機器概念，將顯著提速柔性智能機器的研制進程。當前，全球圍繞先進機器人的研發(fā)活動正處于如火如荼的階段，若能充分發(fā)揮液態(tài)金屬所展示出的各種巨大潛力，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)，將引發(fā)諸多超越傳統(tǒng)的機器變革。