终结者液态机器人快要来了

图3 金属液滴与固体金属颗粒发生点接触后界面电场出现极化的原理和现象

在《材料化学学报B》（Journal of Materials Chemistry B）上的论文Self-Propelled Liquid Metal Motors Steered by Magnetic or Electrical Field for Drug Delivery（4, 5349, 2016, 封面文章）中，研究小组通过电镀方法在液态金属表面镶嵌铁磁性镍层，由此实现了机器在外部磁场或电场作用下的灵活控制（图4），并验证了其在药物递送方面的潜在价值。超越于无规则运动型液态金属机器的是，该磁性固液组合机器可实现运动起停、转向和加速等复杂行为。

图4 期刊封面故事及镀有镍壳的固液组合式磁性液态金属机器的可控与自主运动

进一步地，研究小组还发展出一种以柔性可变形“车轮”驱动的微型车辆，其由金属液滴及经3D打印的塑料本体组合而成。在电场作用下，液态金属“车轮”可发生旋转变形，继而驱动车辆行进、加速乃至实现更多复杂运动（图5）。采用类似于四驱车的结构，研究小组证实其可在携带重物0.4 g的情况下以25 mm/s速度运动。这种固液组装型柔性机器的设计概念可衍生出更多复杂的可控机器结构。相应研究发表在RSC Advances（Liquid Metal Wheeled Small Vehicle for Cargo Delivery, 6, 56482-56488, 2016）上。

图5 柔性可变形液态金属车轮驱动的单轮车及四驱车在电场控制下的运动行为

十多年来，由中科院理化所研究员刘静带领的团队围绕液态金属开展了大量原创性探索，在芯片冷却、先进制造、电子技术、生物医疗及柔性机器等领域取得全面突破。团队迄今已发现30类以上具有重要科学意义的液态金属基础现象或效应，研发出数十种实用技术，在包括北京、云南、广东等地在内的全国范围内推动产业化，先后促成了领先性液态金属产品生产线、研发中心及科技馆的建设落成，多种产品进入市场，提出的创建液态金属谷乃至发展液态金属全新工业体系的构想也正从理想变成现实，成果在海内外学术界和工业界产生重大影响。

近些年，刘静团队一直在致力于联合工业界推动液态金属产业化应用。“我们有幸在液态金属研究上走在世界前头，但在产业方面不能落后，我们要把握历史机遇，帮助我国建成世界级的液态金属谷。”刘静说。

离造出“变形机器人”还有很长路要走

随着科技的不断进步，液态金属已经走进了我们的视野，但拥有液态金属就意味着能制造出“变形机器人”吗？

澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家在今年8月也表示，他们使用一种液态金属合金制造出能自主操作的开关和泵。最新技术可用于制造能像活组织一样行动的电子设备，甚至类似“T-1000终结者”那样的3D液态金属机器人。尽管目前“T-1000”离完全实现还有不少技术障碍，但澳大利亚的科学家称他们已朝这一方向“迈出了坚实的一步”。

理想情况下，利用这项技术，人们无需对机器人进行如何的塑形，只需要按照一定程序来改变水的酸碱成分，金属就能自行达到既定的形状。这项技术达到一定程度之后将彻底改变钢材的应用范围。比如当无人机需要穿越一个较为低矮的地方，如果采用了这种液态金属之后，它可以瞬间变成扁平状，一举飞跃障碍。

当然，墨尔本理工大学的研究者也承认，这项技术还有很长的路要走，短时间内想要实现它根本是不可能的。建造液态金属机器人所需要的编程复杂性将远超目前的方法。更困难的是，想要达到“变形机器人”的这种高度，势必要求内部的所有智能设备也必须采用液态金属，就目前的情况来看，我们还找不到一项合适的技术能够解决。

液态金属

名词解释

“液态金属”指的是一种不定型金属，可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。

液态金属是一种有黏性的流体，具不稳定性。它可通过充型过程，形成各种铸件。在液态金属与水体交界面上的双电层效应，可以令室温液态金属具有在不同形态和运动模式之间转换的普适变形能力。比如，浸没于水中的液态金属对象可在低电压作用下呈现出大尺度变形；一块很大的金属液膜可在数秒内即收缩为单颗金属液球。