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《人民日報》評述液態金屬柔性機器人技術
- 分類：公司新聞
- 作者：
- 來源：
- 發布時間：2022-09-02 14:30
【概要描述】這一科學幻想色彩濃厚的機器人也許未來將成為現實。近日，清華大學醫學院與中國科學院理化技術研究所聯合研究小組，研發出了世界首個自主運動的可變形液態金屬機器，為研發可變形機器人邁出了重要一步，為人類制造出可變形機器人“終結者”指明了方向。
《人民日報》評述液態金屬柔性機器人技術
【概要描述】這一科學幻想色彩濃厚的機器人也許未來將成為現實。近日，清華大學醫學院與中國科學院理化技術研究所聯合研究小組，研發出了世界首個自主運動的可變形液態金屬機器，為研發可變形機器人邁出了重要一步，為人類制造出可變形機器人“終結者”指明了方向。
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如同軟體動物般的自驅動液態金屬機器示意圖。
看過好萊塢影片《終結者》的觀眾，一定會對影片中始終不能被擊敗的液態金屬機器人印象深刻。它在受到外界打擊后，不僅可以任意改變外表，還能像液體一樣重新聚集，恢復原貌。
這一科學幻想色彩濃厚的機器人也許未來將成為現實。近日，清華大學醫學院與中國科學院理化技術研究所聯合研究小組，研發出了世界首個自主運動的可變形液態金屬機器，為研發可變形機器人邁出了重要一步，為人類制造出可變形機器人“終結者”指明了方向。
神奇特性
能“吃”、會動、自主變形，這個機器身段很柔軟
該聯合小組近日在期刊《先進材料》上發表論文，宣布在世界上首次發現液態金屬有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。
該小組負責人，清華大學教授、中國科學院理化技術研究所雙聘研究員劉靜說，實驗發現，置于電解液中的鎵基液態合金可通過“攝入”鋁，作為提供能量的燃料，實現高速、高效、長時間的運轉：僅需一小片鋁即可驅動直徑約5毫米的液態金屬球完成長達1個多小時的持續運動，速度高達5厘米/秒。
“有趣的是，我們觀察到，這種變形機器不僅能在自由空間運動，還能在各種結構槽道中前行。更令人驚訝的是，它還會根據槽道的寬窄自行調整，拐彎時則有所停頓，好似人在遇到障礙物‘思索’后行進，像極科幻電影《終結者》中的液態機器人。”劉靜說。
劉靜和他的研究團隊親切地稱該液態金屬機器為“軟體動物”，因為它呈現的一系列非同尋常的特性，已經相當接近自然界簡單的軟體生物。
該研究小組已經在實驗室中制成了不同大小的液態金屬機器，尺寸從數十微米到數厘米不等，并在不同電解液環境如堿性、酸性乃至中性溶液中驗證了其自主運動的性能。
研究人員還揭示了這種自主型液態金屬機器的動力的主要來源：一是液態合金、金屬燃料等形成的內生電場，誘發了液態金屬表面的高表面張力發生不對稱響應，從而對變形的液態金屬機器帶來了強大推力;二是，上述電化學反應過程中產生的氫氣進一步為液態金屬運動提供了推力。
劉靜研究小組一直致力于液態金屬相關研究。2014年，該小組在世界上首次發現電場控制下液態金屬與水的復合體可在各種形態及運動模式之間發生轉換的基本現象，在此基礎上，經過試驗，在一次偶然研究中，發現了液態金屬這一具有自主可變的特性。劉靜表示，作為新興的功能材料，液態金屬擁有許多常規材料不具備的新奇物理特性，對它的深入研究能為材料科學提供豐富的研究空間。
未來用途
智能血管機器人、可變形救災機器人，幻想離現實更近了
目前，全球正圍繞先進機器人進行各類研發競爭，該論文發表后，引起世界范圍內眾多科學雜志、專業網站的關注和討論。分析人士表示，自驅動液態金屬機器的問世及其引申出的全新的可變形機器概念，有望變革傳統的機器制造理念，提速柔性智能機器的研制進程。
劉靜介紹，研究小組還做出了推動自主運動液態金屬的具體應用器件，在發表的論文中，研究人員展示了全球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。人們可由此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。
劉靜說，做出能在不同形態之間自由轉換的可變形柔性機器，以執行常規技術難以完成的特殊任務，是科學界與工程界長久以來的夢想。比如，在抗震救災或特定的軍事行動中，變形柔性機器人能根據需要適時變形，以穿過狹小的通道、門縫乃至散布于建筑物中的空隙，之后再重新恢復原形并繼續執行任務。
要制造出此類高級機器人，可變形性和柔性特征是極為關鍵的一環。劉靜說，當前，機器人普遍作為一種剛體機器發揮作用，這與自然界中人或動物有著平滑柔軟的外表以及無縫連接方式完全不同。作為國際前沿研究方向，科技界也在這方面做出諸多探索，也發明了一些具有柔性特征的機器人，但它們離理想中的高級機器人所應擁有的柔軟和變形能力還有很大距離。
業界認為，人們一旦突破了材料和技術理念的限制，柔性智能機器人的作用將遠遠超過現有的機器人。劉靜小組研發的能夠自主運動液態金屬機器，由于無需外部電力驅動，柔性極佳，為可變形材料特別是液體機器的設計和制造邁出了關鍵的一步，為研制實用化智能馬達、血管機器人乃至更為復雜的液態金屬機器人提供了理論基礎和技術上實現的方向。
劉靜說，未來科學家還可將這種智能液態金屬單元擴展到三維，組裝出具有特殊造型和可編程能力的仿生物或人形機器，甚至還能研制出相應的機器，在外太空微重力或無重力環境下執行任務。
據介紹，未來該研究小組將圍繞可變形機器，結合生物學、機器人、流體力學、電子、傳感器等學科的知識，進一步發展可變形室溫液態金屬機器的理論與技術，揭示室溫液態金屬特性和原理，并希望最終促成可變形機器從理論變成現實。
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