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可變形液態(tài)金屬機(jī)器在各種槽道中自主運(yùn)動(dòng)，還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整。受訪者供圖

在清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，液態(tài)金屬鎵安靜地躺在裝有溶液的器皿中，看上去毫無(wú)生氣，但是，將一塊鋁箔放進(jìn)去之后，液態(tài)金屬開始變得不安分起來(lái)，它將鋁箔慢慢“吞噬”到自己體內(nèi)，并且迅速地動(dòng)了起來(lái)，在盛裝它的器皿內(nèi)跑動(dòng)。

以這一實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容的論文最近發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉靜教授帶領(lǐng)的科研小組給論文取了一個(gè)炫酷的名字：“仿生型自驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬軟體動(dòng)物”。論文一經(jīng)發(fā)表，立即被許多國(guó)外著名科技媒體報(bào)道。一種金屬吞噬掉另一種金屬，并且將其轉(zhuǎn)化為自身運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，這種似乎只有生命體才能完成的事情在“金屬圈”聞所未聞。

但是，引起轟動(dòng)的原因不僅僅是因?yàn)檫@種現(xiàn)象是首次被發(fā)現(xiàn)，最為重要的是，其為研制實(shí)用化智能馬達(dá)、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機(jī)器人奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

液態(tài)金屬變形記

在電場(chǎng)的作用下，常溫狀態(tài)下的液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運(yùn)動(dòng)模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力，為可變形體的設(shè)計(jì)和制造開辟了全新途徑

早在一年前，劉靜所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在液態(tài)金屬的研究上跨出了一大步：首次發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)控制下液態(tài)金屬與水的復(fù)合體可在各種形態(tài)及運(yùn)動(dòng)模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象。

電影《終結(jié)者》中，一灘銀白色的液態(tài)金屬忽然迅速聚攏，變成了一個(gè)可以自動(dòng)修復(fù)的無(wú)敵機(jī)器人戰(zhàn)士，讓人遐想連翩。

要實(shí)現(xiàn)上述場(chǎng)景，首先要解決的是如何人為控制讓液態(tài)金屬改變形態(tài)，其次，改變形態(tài)之后如何才能動(dòng)起來(lái)。劉靜所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在相隔不到一年的時(shí)間里分別為這兩個(gè)問(wèn)題的深入研究與解決奠定了基礎(chǔ)。

設(shè)想一下，要改變某種液體如露珠的形狀，實(shí)則是一件困難的事，除非把它放進(jìn)容器內(nèi)，否則它永遠(yuǎn)無(wú)法被人為地改變形狀。液態(tài)金屬也是一樣。

這與決定液體形狀的表面張力有關(guān)系。正是這種“表面張力”的作用，才使得露珠呈現(xiàn)出偏向球形的形狀。

這種機(jī)能使得人為直接改變液態(tài)金屬形狀變得困難。但總有一種方法能夠?qū)崿F(xiàn)這種改變，劉靜的團(tuán)隊(duì)找到了。

在一次試驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)成員張潔偶然間將帶電的電極接觸到了用來(lái)做連接斷裂神經(jīng)的鎵基液態(tài)合金上，這本來(lái)是試驗(yàn)中的一次不慎，但卻成了砸到牛頓腦袋上的那個(gè)蘋果。他們發(fā)現(xiàn)，那些散落的鎵基液態(tài)金屬球發(fā)生了自旋現(xiàn)象。

“一定是電場(chǎng)的作用。”研究團(tuán)隊(duì)由此斷定，電場(chǎng)作用將會(huì)在液態(tài)金屬性質(zhì)的研究上發(fā)揮巨大作用。此后，他們通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，揭示出在電場(chǎng)的作用下，常溫狀態(tài)下的液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運(yùn)動(dòng)模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力。

在一個(gè)直徑5厘米、高約2厘米的圓形玻璃培養(yǎng)皿里鋪著一層銀色的液態(tài)金屬薄膜，之上覆蓋一層溶液，科研人員用正負(fù)兩個(gè)電極對(duì)器皿內(nèi)平鋪的鎵基液態(tài)金屬實(shí)施通電后，奇妙的事情發(fā)生了，好像受到了刺激一樣，液態(tài)金屬迅速?gòu)恼龢O向負(fù)極靠攏，并凝聚成幾顆大小不一的液態(tài)金屬球。在電極的控制下，金屬球之間就會(huì)出現(xiàn)融合，形成更大的球體。在人為控制下，器皿中的液態(tài)金屬在形體上發(fā)生了巨大的改變，而且其變形速度相當(dāng)之快。

液態(tài)金屬動(dòng)起來(lái)

液態(tài)金屬球遇見鋁時(shí)并沒有與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是把鋁當(dāng)成了食物，為其自身的運(yùn)動(dòng)提供能量，在沒有外部電力供應(yīng)的情況下實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)。