導(dǎo)讀

    提到液態(tài)金屬，人們可能想到體溫計中流動的水銀，高溫鍋爐中沸騰的鐵水，而在科學(xué)家眼中，它是流動的軟體生命，是連接人體神經(jīng)的橋梁，是未來機器人變革的核心材料……

    看過《終結(jié)者》系列電影的朋友一定知道T-1000這個液態(tài)金屬機器人反派角色，據(jù)權(quán)威專家稱，以自然界生物進化的觀點看，離成為真正的“終結(jié)者”，中國科學(xué)家們相當(dāng)于已經(jīng)培育出了細胞！

    1月30日，清華大學(xué)、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的聯(lián)合研究小組在美國化學(xué)學(xué)會期刊ACSOmega上刊發(fā)了一篇論文，描述了他們發(fā)明的一種全新的可實現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料，這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機器人研制工作向前推進了一大步。今天小編就著重向大家介紹一下這一研究成果。

    論文傳送門：

    https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsomega.8b03466

    在介紹這項研究成果之前，小編想提到的是：在液態(tài)金屬研究上，我國正處于領(lǐng)跑者地位，是中國向世界輸出原創(chuàng)科研成果的代表。中國團隊在十分有限的條件下經(jīng)過近20年持續(xù)不斷的努力，做出的大量研究在國際上持續(xù)引發(fā)著重大而廣泛的影響，超前優(yōu)勢十分明顯，還使得液態(tài)金屬研究從冷門逐漸成為國際上備受矚目的重大科技熱點。

    有多超前呢？在中國團隊提出液態(tài)金屬冷卻芯片技術(shù)10多年后，美國國家宇航（NASA）于2014年將“液態(tài)金屬冷卻”列為未來前沿技術(shù)。如今，液態(tài)金屬研究被譽為人類利用金屬的第二次革命。

    回到前文，中國團隊發(fā)明了“一種全新的可實現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料”，這是一種怎樣的材料？能實現(xiàn)哪些應(yīng)用？

    這種材料其實是一種內(nèi)部包含低沸點工質(zhì)的，由液態(tài)金屬和硅膠制成的材料。（液態(tài)金屬并不只是一種，而是種類繁多的大家族，通過不同的金屬和配比，可以獲得不同性能的液態(tài)金屬）研究小組負責(zé)人、清華大學(xué)劉靜教授表示，這種材料也是我國在國際上最早提出的液態(tài)金屬硅膠復(fù)合材料體系的延伸。

    這種可以被3D打印成任意形狀的特殊材料，可以擺脫其它剛體支撐物和溶液環(huán)境并得以站立，呈現(xiàn)出超大尺度變形和運動功能，且全部過程可逆。通過嵌入可編程的加熱系統(tǒng)及一些設(shè)計，研究人員將這種材料制備成了一系列新穎獨特的概念型功能物和柔性機器架構(gòu)：

    可進行熱響應(yīng)而自由變形的軟體章魚

    可以溫控定向蠕動的軟體動物

    可以抓取重物的柔性抓手

    甚至可以模擬整個人形或動物形狀或其局部臉型變化。

    當(dāng)這種材料負載酒精的液滴，能夠快速變化體積，膨脹程度可以超過其原始高度的11倍！

（制造過程和轉(zhuǎn)化行為）

    長久以來，研發(fā)可在不同形態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換，以執(zhí)行常規(guī)技術(shù)難以完成的更為特殊高級任務(wù)的變形軟體機器人，是全球科學(xué)界與工程界的夢想。而這種既具有金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性， 又具有液體流動性的特殊材料，尤其適合制備無線控制的軟體機器人。更重要的是，該研究團隊還通過理論分析得出了熱驅(qū)動變形的影響因素以及最適宜的材料的比例。

（響應(yīng)不同加熱方法的LMC擴展）

（不同類型的軟體機器人演示）

（由加熱溫度引起的膨脹的分析關(guān)系）

    劉靜教授帶領(lǐng)的團隊目前是國內(nèi)最有名的液態(tài)金屬研究部門，小編找到了以清華大學(xué)及中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所為代表的我國科學(xué)家團隊在這一領(lǐng)域做出的的不少重大發(fā)現(xiàn)和底層核心技術(shù)突破，被Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、Discover、Phys.org、Chemistry World等廣泛評介，成果被眾多國際科學(xué)雜志如New Scientist、MIT Technology Review、IEEE Spectrum以及電視新聞Fox News、Discover、Reuters等專題評介。這里篇幅有限，就不為大家具體介紹了。但很想為這些金屬革命的“領(lǐng)軍人”們打call!

    “耐得住寂寞，能躲進小樓做學(xué)術(shù)，做得了轉(zhuǎn)化，能鍛造利器天下知。”

（劉靜教授和其團隊成員）

    液態(tài)金屬距離可制造出像《終結(jié)者》中根據(jù)環(huán)境可隨意變形的機器人，還有很長的一段路要走。現(xiàn)在雖然培育出了“細胞”，要使之成為完整的仿生物體軟體機器人，還需要生長出肌肉、神經(jīng)、骨骼等組織。 但隨著研究的深入，將液態(tài)金屬用于腫瘤的治療、神經(jīng)和骨骼修復(fù)，已經(jīng)不是一種幻想。

    因此，液態(tài)金屬的空間應(yīng)用遠不止軟體機器人方面。作為一大類新興功能物質(zhì)和材料，液態(tài)金屬正被快速推進到生物醫(yī)療健康、芯片冷卻、能量捕獲、印刷電子及3D打印等高新科技領(lǐng)域，帶來顛覆性變革的同時催生出一系列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。中國液態(tài)金屬研究團隊的專家們也希望能和更多國內(nèi)外優(yōu)秀團隊合作，共同應(yīng)對液態(tài)金屬研究面臨的重大挑戰(zhàn)。

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