可變形液態金屬機器在內含電解液的容器或各種槽道中的自主運動情形

　　自主型液態金屬機器所展示的人工軟體動物、實物馬達及其驅動流體情形

 

　　原標題：中科院與清華聯合研制出世界首臺自主運動可變形液態金屬機器

 

　　中國科學家造出了世界首臺液態金屬機器，這一成就被外媒形容為制造出“終結者”。

 

　　據中科院理化所網站，3月3日，由劉靜研究員帶領的中國科學院理化技術研究所、清華大學醫學院聯合研究小組，在Advanced Materials上發表了題為“Self-Fueled Biomimetic Liquid Metal Mollusk”(2015)的研究論文，迅速被New Scientist、Nature研究亮點、Science新聞等數十個知名科學雜志或專業網站專題報道，在國際上引起重要反響和熱議。

 

　　此項研究于世界上首次發現了一種異常獨特的現象和機制，即液態金屬可在吞食少量物質后以可變形機器形態長時間高速運動，實現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、柔性執行器乃至更為復雜的液態金屬機器人奠定了理論和技術基礎。這是該小組繼首次發現電控可變形液態金屬基本現象(Sheng et al., Advanced Materials, 2014, 封面文章；Zhang et al., Scientific Reports, 2014)之后的又一突破性發現。

 

　　這種液態金屬機器完全擺脫了龐雜的外部電力系統，從而向研制自主獨立的柔性機器邁出了關鍵的一步。文章被選為期刊內前封面故事，Altmetric計量學數據顯示其指數已達71.0，遠高于期刊平均值6.7，在同時期論文中則排名No.1。

 

　　研究揭示，置于電解液中的鎵基液態合金可通過“攝入”鋁作為食物或燃料提供能量，實現高速、高效的長時運轉，一小片鋁即可驅動直徑約5 mm的液態金屬球實現長達1個多小時的持續運動，速度高達5cm/s。這種柔性機器既可在自由空間運動，又能于各種結構槽道中蜿蜒前行；令人驚訝的是，它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調整，遇到拐彎時則有所停頓，好似略作思索后繼續行進，整個過程仿佛科幻電影中的終結者機器人現身一般。

 

　　應該說，液態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），因此作者們將其命名為液態金屬軟體動物。這一人工機器的發明同時也引申出“如何定義生命”的問題。

 

　　目前，實驗室根據上述原理已能制成不同大小的液態金屬機器，尺度從數十微米到數厘米，且可在不同電解液環境如堿性、酸性乃至中性溶液中運動。試驗和理論分析表明，此種自主型液態金屬機器的動力機制來自兩方面：一是發生在液態合金、金屬燃料及電解液間的Galvanic電池效應會形成內生電場，從而誘發液態金屬表面的高表面張力發生不對稱響應，繼而對易于變形的液態金屬機器造成強大推力；與此同時，上述電化學反應過程中產生的氫氣也進一步提升了推力。正是這種雙重作用產生了超常的液態金屬馬達行為，這種能量轉換機制對于發展特殊形態的能源動力系統也具重要啟示意義。

 

　　在迄今所發展的各種柔性機器中，自主型液態金屬機器所表現出的變形能力、運轉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。作為具體應用器件之一，論文還特別展示了首個無需外界電力的液態金屬泵，通過將其限定于閥座內，可達到自行旋轉并泵送流體的目的，據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，還可實現高度集成化的微芯片冷卻器；進一步的應用可發展成血管或腔道機器人甚至是可自我組裝的液態金屬智能機器等。

 

　　刊載上述首創性發現的文章在線發表后，短時間內即引起世界范圍內眾多科學雜志、專業網站和新聞媒體的高度重視。New Scientist在第一時間以文章和精心制作的視頻進行了報道：“液態金屬朝可變形機器人邁進一步(Liquid metal brings shape-shifting robot a step closer)”指出其“將成為今后電影中人工生命的種子(Such liquid robots will be a seed of artificial life seen in some movies)”；Nature雜志在其研究亮點欄目以“液態金屬馬達靠自身運動(Liquid metal motor moves by itself)”為題進行了報道；Science網站發布觀察文章和視頻：“可變形金屬馬達擁有一系列用途(Shape-shifting metal motor has a variety of uses)”；路透社也對此進行了專門報道。

 

　　眾多報道此項工作的科學雜志或專業網站還有，物理學家組織網站：“可在液體中自行驅動的可變形液態金屬(Shape shifting liquid metal able to propel itself through liquids)”；化學和工程新聞C&EN：“旋轉的液態金屬馬達(Rolling Out Liquid-Metal Motors)”；Uncover California：“世界首個液態金屬機器人(World's First Liquid Metal Robot)”；Siliconrepublic：“首個終結者型液態馬達問世，具無限潛力(First Terminator-1000-like liquid motor developed with unlimited potential)”；鏡報mirror：“真實的終結者1000液態金屬馬達(real-life-t-1000-liquid-metal-motor)”；Popular Science：“終結者智能液態金屬或為新一輪軍備競賽的第一步(Terminator-Like ‘Smart Liquid Metal'May Be The First Step In A New Arms Race)”；Space Daily等：“液態金屬機器人幾乎已在這兒，并且他們由中國制造(Liquid Metal Robots Are Almost Here and They Are Made in China)”；Popular Mechanics：“終結者1000機器人或許就由這種自主行走的液態金屬制成(The T-1000 Is Probably Made of This Liquid Metal That Moves Itself)”；更多網站則紛紛展望了這一開創性技術在機器人、藥物遞送、血管和環境監測等方面的應用前景，認為“機器人工業正邁向不可思議的突破(The Robotics Industry Is on the Verge of an Incredible Breakthrough)”，“顯然是巨大的第一步(certainly a huge first step)”，“這是許多潛在商業用途的源泉，對于世界各國的工業界和政府會有巨大的興趣(That’s where the potential commercial uses come in, which should be of huge interest to industry and governments around the world)”。

　　大家都看過《終結者2》，里頭的大反派T-1000 液態金屬機器人那幾乎不死的能力讓人不寒而栗

 

　　據初步統計，文章發表兩周左右即已有數百個科學或專業網站對此進行了評介和轉載，說明了本項研究工作的影響。