環球熱門:《終結者》成真 固液變形機器人問世

小機器人從固態變為液態，在磁場的引導下成功穿過了“牢籠”，并通過放置在欄桿外的模具重新凝固，成功“越獄”。

這種科幻電影《終結者》中的情節，出現在中美科學家聯合提出“磁控固—液相變材料”的實驗中。這一新材料在交變磁場的作用下對固態的金屬加熱，使之變成液態，隨后通過冷卻再由液態轉為固態。該研究由中山大學廣東省傳感技術與生物醫療儀器重點實驗室、浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室和卡耐基梅隆大學軟體機器人實驗室合作完成，相關論文日前發表至國際期刊《細胞》（Cell）旗下的子刊《物質》（Matter）。

靈感源自《終結者》和海參

(資料圖片)

“我們研究的靈感來源于兩個方面：電影《終結者》和動物海參。”論文的通訊作者之一、中山大學教授蔣樂倫告訴科普時報記者，《終結者》中的液態金屬機器人的手，可以在固液切換后，變成一把刀，機器人還可以變成液態后越獄。而海參是非常有趣的動物，它通過改變富含蛋白的原纖維間基質的硬度，來改變體壁外形。

基于此，團隊提出了磁控的固態和液態相互切換相變材料。這一材料不僅具有固態金屬的硬度與承載力，還有液態金屬的形變能力。

蔣樂倫說，科研工作者在進行一些原創性的工作時，需要一些靈感。“很多科幻片與科幻小說中，有非常有趣、天馬行空的創意與想法，能夠給科研工作帶來靈感。”

固液轉換“信手拈來”

液態金屬一般是低熔點的金屬。據蔣樂倫介紹，液態金屬在30攝氏度以上是液體，而30攝氏度以下是固體，這與人類生存的溫度相符。

為了充分利用液態金屬在特定條件下固—液切換的特性，研究團隊將磁性顆粒混合融入液態金屬——鎵中。通過高頻的磁場加熱，該金屬會由原先的固態轉變為液態。轉變為液態后，又可以通過半導體制冷（珀耳帖效應）或者自然冷卻來對金屬進行降溫，從而使之由液態變為固體。

此外，加入磁性顆粒后，施加的外部磁場還可以引導液態金屬移動和轉動、變形等。

據了解，這一磁控的固—液相變材料，在固態時有較高的剛度，而在液態下可以像水一樣，融合了固態與液態情況下金屬的優勢。

在研究過程中，從如何讓金屬快速冷卻，到如何使材料具有生物相容性，以此拓展材料的應用場景，團隊遇到了很多挑戰。“最終通過配方的不斷調整、細化，我們實現了較快的冷卻，也有望未來在人體中應用。”蔣樂倫說。

新材料應用前景廣泛

據蔣樂倫介紹，磁控固—液相變材料在未來有三個方面的應用。

“一是電子電路的修復。”蔣樂倫說，在磁場環境下，相變機器人可推動電子元器件到封閉不可操作的空間，通過加熱之后由固態變成液態，來焊接這些電子元器件，從而修復電路。

二是零部件的組裝。固態機器人由磁場引導，抵達至損壞的位置，通過交變磁場加熱液化變形為萬能的螺釘，之后對兩個零部件進行固定，完成零部件的組裝。

三是生物醫學上的應用。“例如，兒童吃了一些異物之后，我們可以通過磁控固液相變材料，液化后抓取，固化后將異物提取出來。”蔣樂倫說，“此外，這種相變材料還可以在固態下封裝藥物，液化后定點可控釋放藥物。”

標簽： 中山大學 交變磁場 電子元器件