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我国研发液态金属“软体动物” 为机器人研制开辟新通道

2015年03月27日09:59    来源:科技日报    手机看新闻
原标题:我率先研发出液态金属“软体动物”

  可变形液态金属机器在内含电解液的容器或各种槽道中的自主运动情形。 

  经典科幻电影《终结者》系列中出现的T-1000和T-X型号终结者,可根据环境随意变形,被子弹打穿后可自动修复。让人们领略到了液态金属机器人的魅力,虽然科幻与现实研究还存在一定的距离,但清华大学和中科院理化所联合研究组在世界上首次发现,镓基液态合金吞食少量“食物”后,可以在各种形态和运行模式之间转换,并实现自驱动快速前进。这一发现为可变形液态金属机器人的研制开辟了新通道。

  3月26日,在清华大学医学院生物医学工程系刘静实验室,研究小组成员张洁博士给记者展示了这一神奇的现象:电解液中,直径约5毫米的液态镓金属球,吞食了0.012克铝之后,能以每秒5厘米的速度前进。而在各种槽道中前行时,可以随槽道的宽窄自动变形调整,遇到拐弯时停顿下来,略作“思考”后,蜿蜒前行。整个过程宛如科幻影片中的机器人“终结者”。

  能“吃食物”,能自主运动,能变形,这些接近自然界简单软体动物的习性,让刘静他们把这一研究成果亲切地称之为“液态金属软体动物”。它的动力从哪儿来呢?刘静教授告诉记者:“液态镓合金和活泼的铝发生化学反应后,形成内生电场,引起液态金属表面张力不平衡,从而对易于变形的液态金属产生强大推力;另一方面,上述电化学反应过程中产生的氢气也进一步提升了推力。这种双重作用产生了超常的液态金属马达行为。自主运动可以长达1个多小时。”

  实现能在不同形态之间自由转换的液态金属机器人,以执行高难度的特殊任务,是科学界与工程界长久以来的梦想,相关研究在军事、民用、医疗与科学探索中具有重大理论意义和应用前景。刘静他们的这一成果为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。目前,实验室根据这一原理已能制成不同大小的液态金属机器,尺度从数十微米到数厘米,而且可在不同电解液环境如碱性、酸性乃至中性溶液中运动。

  由于这一发现的科学突破性和实际应用价值,研究小组今年3月将部分工作以“仿生型自驱动液态金属软体动物”为题在线发表在《先进材料》上。引起世界范围内众多科学杂志、专业网站的高度重视。《自然》杂志在其“研究亮点”栏目以“液态金属马达靠自身运动”为题进行了报道;《科学》网站发布题为“可变形金属马达拥有一系列用途”的观察文章和视频。

  “下一步,我们希望能赋予这种液态金属特定功能,比如药物递送、柔性机器人、血管机器人等。”刘静在展望了这一技术应用前景时表示。 (记者 林莉君)

 

(责编:任丽虹、邓  楠)

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