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《人民日報》評述液態(tài)金屬柔性機器人技術(shù)

分類：公司新聞
作者：
來源：
發(fā)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(xiàn)實。近日，清華大學醫(yī)學院與中國科學院理化技術(shù)研究所聯(lián)合研究小組，研發(fā)出了世界首個自主運動的可變形液態(tài)金屬機器，為研發(fā)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(jié)者”指明了方向。

《人民日報》評述液態(tài)金屬柔性機器人技術(shù)

分類：公司新聞
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發(fā)布時間：2022-09-02 14:30
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如同軟體動物般的自驅(qū)動液態(tài)金屬機器示意圖。

　　看過好萊塢影片《終結(jié)者》的觀眾，一定會對影片中始終不能被擊敗的液態(tài)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(xiàn)實。近日，清華大學醫(yī)學院與中國科學院理化技術(shù)研究所聯(lián)合研究小組，研發(fā)出了世界首個自主運動的可變形液態(tài)金屬機器，為研發(fā)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(jié)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(lián)合小組近日在期刊《先進材料》上發(fā)表論文，宣布在世界上首次發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬有一種異常獨特的現(xiàn)象和機制，即液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后以可變形機器形態(tài)，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(shù)研究所雙聘研究員劉靜說，實驗發(fā)現(xiàn)，置于電解液中的鎵基液態(tài)合金可通過“攝入”鋁，作為提供能量的燃料，實現(xiàn)高速、高效、長時間的運轉(zhuǎn)：僅需一小片鋁即可驅(qū)動直徑約5毫米的液態(tài)金屬球完成長達1個多小時的持續(xù)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(jié)構(gòu)槽道中前行。更令人驚訝的是，它還會根據(jù)槽道的寬窄自行調(diào)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(jié)者》中的液態(tài)機器人。”劉靜說。

　　劉靜和他的研究團隊親切地稱該液態(tài)金屬機器為“軟體動物”，因為它呈現(xiàn)的一系列非同尋常的特性，已經(jīng)相當接近自然界簡單的軟體生物。

　　該研究小組已經(jīng)在實驗室中制成了不同大小的液態(tài)金屬機器，尺寸從數(shù)十微米到數(shù)厘米不等，并在不同電解液環(huán)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(tài)金屬機器的動力的主要來源：一是液態(tài)合金、金屬燃料等形成的內(nèi)生電場，誘發(fā)了液態(tài)金屬表面的高表面張力發(fā)生不對稱響應，從而對變形的液態(tài)金屬機器帶來了強大推力;二是，上述電化學反應過程中產(chǎn)生的氫氣進一步為液態(tài)金屬運動提供了推力。

　　劉靜研究小組一直致力于液態(tài)金屬相關(guān)研究。2014年，該小組在世界上首次發(fā)現(xiàn)電場控制下液態(tài)金屬與水的復合體可在各種形態(tài)及運動模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過試驗，在一次偶然研究中，發(fā)現(xiàn)了液態(tài)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(tài)金屬擁有許多常規(guī)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(xiàn)實更近了

　　目前，全球正圍繞先進機器人進行各類研發(fā)競爭，該論文發(fā)表后，引起世界范圍內(nèi)眾多科學雜志、專業(yè)網(wǎng)站的關(guān)注和討論。分析人士表示，自驅(qū)動液態(tài)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(tǒng)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(tài)金屬的具體應用器件，在發(fā)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(tài)金屬泵，通過將其限定于閥座內(nèi)，可達到自行旋轉(zhuǎn)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(xiàn)高度集成化的微芯片冷卻器，進一步的應用可發(fā)展成血管或腔道機器人。

　　劉靜說，做出能在不同形態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換的可變形柔性機器，以執(zhí)行常規(guī)技術(shù)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(jù)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(xù)執(zhí)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(guān)鍵的一環(huán)。劉靜說，當前，機器人普遍作為一種剛體機器發(fā)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(fā)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(yè)界認為，人們一旦突破了材料和技術(shù)理念的限制，柔性智能機器人的作用將遠遠超過現(xiàn)有的機器人。劉靜小組研發(fā)的能夠自主運動液態(tài)金屬機器，由于無需外部電力驅(qū)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(guān)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(tài)金屬機器人提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)上實現(xiàn)的方向。

　　劉靜說，未來科學家還可將這種智能液態(tài)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(huán)境下執(zhí)行任務。

　　據(jù)介紹，未來該研究小組將圍繞可變形機器，結(jié)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(fā)展可變形室溫液態(tài)金屬機器的理論與技術(shù)，揭示室溫液態(tài)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(xiàn)實。