还记得科幻电影《终结者》中的液态金属机器人吗?他可以随心所欲地变成所触及的任何人,受到攻击后能像液体一样重新恢复原貌,还可以穿越狭小孔隙到墙壁另一面重新组合——如今,这个科幻电影中的酷炫幻想,正在科学家的努力下试图变成现实。

近日,美国化学学会期刊刊发了清华大学、中国科学院理化技术研究所与中国农业大学联合研究小组的一篇论文,描述了他们发明的一种全新可实现超大尺度膨胀变形的液态金属复合材料。

这种材料有哪些特别的神奇之处呢?

“该材料由液态金属与硅胶制成,内部还包含低沸点工质,是一种多年前就提出的液态金属硅胶复合材料体系的延伸,可以被3D打印成任意形状。我们利用此材料制备了热响应自由变形的软体章鱼,可以温控定向蠕动的软体动物,以及可以抓取重物的柔性抓手。”研究小组负责人、清华大学教授刘静向经济日报记者介绍,研究小组利用这种液态金属复合材料实现和展示了一系列新颖独特的概念型功能物和柔性机器架构,液态金属由此可以摆脱其它刚体支撑物和溶液环境得以“站立”起来,并拥有一系列独特的超大尺度变形和运动功能,且全部过程可逆。

“通过嵌入可编程的加热系统及特别设计,采用这种复合材料将可能做出可持续性变形和运动的非接线机器人,甚至模拟整个人形/动物形状或其局部脸型变化。”刘静说。

非接线、人形?看来这是一种可以自带电源的可变形机器人!它能实现哪些应用呢?

在一些特殊环境下,如救灾过程中,需要机器人能够任意改变形状以适应狭窄的空间环境。但由于材料和驱动方式所限,传统软体机器人很难实现身体各部位的自由变形和运动。而液态金属材料具有液体的流动性和金属的导电导热性,是制备软体机器人的优良材料。

该研究小组还在液态金属硅胶复合材料中负载酒精的液滴,通过其相变产生的体积快速变化,实现了液态金属复合材料的热驱动大尺度自由变形和恢复——其膨胀可超过自身原始高度的11倍。值得指出的是,这一复合材料体系中,若缺乏液态金属仅采用传统硅胶材料,则很难实现如此高效率超大尺度变形。这是由于液态金属具有良好的导热性和柔性,极大增强了材料的热响应速度和形变率,使其每一部分的任意变形成为可能。

更重要的是,液态金属具有良好的电学特性,这使得电磁感应或远程激光非接触式加热驱动成为现实。因此,通过设计可以实现无线控制这种液态金属复合材料的变形和运动,极大拓展了它的应用范围。

“通过理论分析,我们还得出了热驱动变形的影响因素以及最适宜的材料比例。这一突破将可编程、可变形液态金属柔性智能机器人研制工作向前推进了一大步。”刘静说。

所以,在不远的将来,“终结者”那样的机器人将变成现实吗?让我们拭目以待。