液态金属:在科幻与现实之间 还记得电影《终结者》中那个可任意变形伪装的液态金属机器人吗?近日,我国科学家的一项有关液态金属新物性的发现将有望打破科幻与现实之间的藩篱,让液态金属机器人走入现实生活。 这项出自清华大学、中科院理化技术研究所联合小组的研究首次发现,电场控制下的液态金属与水的复合体,可在各种形态及运动模式之间发生奇特的转换行为。成果在《先进材料》在线发表后,国内外掀起了热议,业界普遍认为,液态金属的这一特性是构筑可变形智能机器的基本要素,预示着柔性机器人新时代的到来。 玻璃皿中的科技“风暴” 7月4日下午,中科院理化所低温生物与医学实验室。《中国科学报》记者看到,一个直径5厘米、高约2厘米的圆形玻璃培养皿里铺着一层类似银浆的溶液,科研人员用两个电极对“银浆”实施通电后,有趣的现象产生了。 平铺在培养皿中的“银浆”迅速从正极向负极靠拢,并凝聚成几颗大小不一的“小银球”;再用电源接近它们,大银球就会“吞掉”小银球,进而形成一个更大的球体。同时,在电场控制下,这些“银浆”很容易实现高速自旋运动,并在周围水体中诱发出同样处于快速旋转状态下的漩涡对。 发现看似简单,却革新了人们对于液态金属材料学特性乃至复杂流体行为的基本认识。“试验所揭示的现象令人着迷……注定会成为重要的研究领域。”《先进材料》审稿人在评审中指出。 “这些‘银浆’是液态金属镓的合金,其变形机制在于液态金属与水体交界面上的双电层效应。”实验室主任刘静向记者解释说。 而且,变形现象并不会受到液态金属对象大小的限制。“一块很大的金属液膜在数秒内就可以收缩成单颗金属液球,其表面积改变幅度可高达上千倍。”课题组成员、清华大学博士后盛磊说。 事实上,由于该发现巨大的科学意义与应用价值,早在今年1月,当研究小组以“液态金属变形体”为题在论文预印本网站arXiv公布部分成果时,就在国际上引起重大反响。 这种可以改变外表形状,呈现各种造型,未来色彩极为浓厚的机器,虽纯属科学幻想,却使人类对机器人的概念有了重大改变。 “未可预见”的魅力 “科学研究过程中总是蕴藏着一些未可预见的发现,让人始终感觉到科学探索的巨大魅力。”刘静说。事实上,此次的发现并非“刻意为之”,而是源于另一项试验中不期而至的偶然所得。 由于液态金属镓合金具有无毒性、强导电性能以及稳定性好等特点,不容易与体液以及周围器官组织发生反应,刘静希望尝试用它连接并修复受损的神经。 然而,当小组成员张洁等人在测试由液态金属连通的牛蛙坐骨神经的电传导特性时,不经意间发现周围散落的液态金属微小液滴上出现了令人匪夷所思的自旋转现象。这让刘静产生了一个想法:是否可能通过电场控制实现液态金属在各种形态和运动模式之间的转换与变形? 实验结果无疑是令人惊喜的。研究组揭开了一个又一个以往从未被认识到的液态金属物理图景,同时开启了崭新的应用前景,使人们向梦寐以求的柔性机器人设计和制造迈出了关键性的一步,甚至有望在技术层面让液体金属“终结者”成真。 |
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