可變形液態(tài)金屬機器在各種槽道中自主運動，還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整。受訪者供圖
在清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的實驗室內(nèi)，液態(tài)金屬鎵安靜地躺在裝有溶液的器皿中，看上去毫無生氣，但是，將一塊鋁箔放進去之后，液態(tài)金屬開始變得不安分起來，它將鋁箔慢慢“吞噬”到自己體內(nèi)，并且迅速地動了起來，在盛裝它的器皿內(nèi)跑動。
以這一實驗為主要內(nèi)容的論文最近發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《先進材料》。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉靜教授帶領(lǐng)的科研小組給論文取了一個炫酷的名字：“仿生型自驅(qū)動液態(tài)金屬軟體動物”。論文一經(jīng)發(fā)表，立即被許多國外著名科技媒體報道。一種金屬吞噬掉另一種金屬，并且將其轉(zhuǎn)化為自身運動的動力，這種似乎只有生命體才能完成的事情在“金屬圈”聞所未聞。
但是，引起轟動的原因不僅僅是因為這種現(xiàn)象是首次被發(fā)現(xiàn)，最為重要的是，其為研制實用化智能馬達(dá)、血管機器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機器人奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
液態(tài)金屬變形記
在電場的作用下，常溫狀態(tài)下的液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運動模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力，為可變形體的設(shè)計和制造開辟了全新途徑
早在一年前，劉靜所帶領(lǐng)的團隊已經(jīng)在液態(tài)金屬的研究上跨出了一大步：首次發(fā)現(xiàn)電場控制下液態(tài)金屬與水的復(fù)合體可在各種形態(tài)及運動模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象。
電影《終結(jié)者》中，一灘銀白色的液態(tài)金屬忽然迅速聚攏，變成了一個可以自動修復(fù)的無敵機器人戰(zhàn)士，讓人遐想連翩。
要實現(xiàn)上述場景，首先要解決的是如何人為控制讓液態(tài)金屬改變形態(tài)，其次，改變形態(tài)之后如何才能動起來。劉靜所帶領(lǐng)的團隊在相隔不到一年的時間里分別為這兩個問題的深入研究與解決奠定了基礎(chǔ)。
設(shè)想一下，要改變某種液體如露珠的形狀，實則是一件困難的事，除非把它放進容器內(nèi)，否則它永遠(yuǎn)無法被人為地改變形狀。液態(tài)金屬也是一樣。
這與決定液體形狀的表面張力有關(guān)系。正是這種“表面張力”的作用，才使得露珠呈現(xiàn)出偏向球形的形狀。
這種機能使得人為直接改變液態(tài)金屬形狀變得困難。但總有一種方法能夠?qū)崿F(xiàn)這種改變，劉靜的團隊找到了。
在一次試驗中，團隊成員張潔偶然間將帶電的電極接觸到了用來做連接斷裂神經(jīng)的鎵基液態(tài)合金上，這本來是試驗中的一次不慎，但卻成了砸到牛頓腦袋上的那個蘋果。他們發(fā)現(xiàn)，那些散落的鎵基液態(tài)金屬球發(fā)生了自旋現(xiàn)象。
“一定是電場的作用。”研究團隊由此斷定，電場作用將會在液態(tài)金屬性質(zhì)的研究上發(fā)揮巨大作用。此后，他們通過系統(tǒng)的實驗，揭示出在電場的作用下，常溫狀態(tài)下的液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運動模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力。
在一個直徑5厘米、高約2厘米的圓形玻璃培養(yǎng)皿里鋪著一層銀色的液態(tài)金屬薄膜，之上覆蓋一層溶液，科研人員用正負(fù)兩個電極對器皿內(nèi)平鋪的鎵基液態(tài)金屬實施通電后，奇妙的事情發(fā)生了，好像受到了刺激一樣，液態(tài)金屬迅速從正極向負(fù)極靠攏，并凝聚成幾顆大小不一的液態(tài)金屬球。在電極的控制下，金屬球之間就會出現(xiàn)融合，形成更大的球體。在人為控制下，器皿中的液態(tài)金屬在形體上發(fā)生了巨大的改變，而且其變形速度相當(dāng)之快。
液態(tài)金屬動起來
液態(tài)金屬球遇見鋁時并沒有與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是把鋁當(dāng)成了食物，為其自身的運動提供能量，在沒有外部電力供應(yīng)的情況下實現(xiàn)自主運動。
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