液态金属，又有新突破！中国离造出真正的“终结者”有多远？
2019-02-19 11:48:31
作者：佳丽 来源：机器人大讲堂
导读
提到液态金属，人们可能想到体温计中流动的水银，高温锅炉中沸腾的铁水，而在科学家眼中，它是流动的软体生命，是连接人体神经的桥梁，是未来机器人变革的核心材料……
看过《终结者》系列电影的朋友一定知道T-1000这个液态金属机器人反派角色，据权威专家称，以自然界生物进化的观点看，离成为真正的“终结者”，中国科学家们相当于已经培育出了细胞！
1月30日，清华大学、中国科学院理化技术研究所与中国农业大学的联合研究小组在美国化学学会期刊ACSOmega上刊发了一篇论文，描述了他们发明的一种全新的可实现超大尺度膨胀变形的液态金属复合材料，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。今天小编就着重向大家介绍一下这一研究成果。
论文传送门：
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsomega.8b03466
在介绍这项研究成果之前，小编想提到的是：在液态金属研究上，我国正处于领跑者地位，是中国向世界输出原创科研成果的代表。中国团队在十分有限的条件下经过近20年持续不断的努力，做出的大量研究在国际上持续引发着重大而广泛的影响，超前优势十分明显，还使得液态金属研究从冷门逐渐成为国际上备受瞩目的重大科技热点。
有多超前呢？在中国团队提出液态金属冷却芯片技术10多年后，美国国家宇航（NASA）于2014年将“液态金属冷却”列为未来前沿技术。如今，液态金属研究被誉为人类利用金属的第二次革命。
回到前文，中国团队发明了“一种全新的可实现超大尺度膨胀变形的液态金属复合材料”，这是一种怎样的材料？能实现哪些应用？
这种材料其实是一种内部包含低沸点工质的，由液态金属和硅胶制成的材料。（液态金属并不只是一种，而是种类繁多的大家族，通过不同的金属和配比，可以获得不同性能的液态金属）研究小组负责人、清华大学刘静教授表示，这种材料也是我国在国际上最早提出的液态金属硅胶复合材料体系的延伸。
这种可以被3D打印成任意形状的特殊材料，可以摆脱其它刚体支撑物和溶液环境并得以站立，呈现出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一些设计，研究人员将这种材料制备成了一系列新颖独特的概念型功能物和柔性机器架构：
可进行热响应而自由变形的软体章鱼
可以温控定向蠕动的软体动物
可以抓取重物的柔性抓手
甚至可以模拟整个人形或动物形状或其局部脸型变化。
当这种材料负载酒精的液滴，能够快速变化体积，膨胀程度可以超过其原始高度的11倍！
（制造过程和转化行为）
长久以来，研发可在不同形态之间自由转换，以执行常规技术难以完成的更为特殊高级任务的变形软体机器人，是全球科学界与工程界的梦想。而这种既具有金属的导电导热性， 又具有液体流动性的特殊材料，尤其适合制备无线控制的软体机器人。更重要的是，该研究团队还通过理论分析得出了热驱动变形的影响因素以及最适宜的材料的比例。
（响应不同加热方法的LMC扩展）
（不同类型的软体机器人演示）
（由加热温度引起的膨胀的分析关系）
刘静教授带领的团队目前是国内最有名的液态金属研究部门，小编找到了以清华大学及中国科学院理化技术研究所为代表的我国科学家团队在这一领域做出的的不少重大发现和底层核心技术突破，被Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、Discover、Phys.org、Chemistry World等广泛评介，成果被众多国际科学杂志如New Scientist、MIT Technology Review、IEEE Spectrum以及电视新闻Fox News、Discover、Reuters等专题评介。这里篇幅有限，就不为大家具体介绍了。但很想为这些金属革命的“领军人”们打call!
“耐得住寂寞，能躲进小楼做学术，做得了转化，能锻造利器天下知。”
（刘静教授和其团队成员）
液态金属距离可制造出像《终结者》中根据环境可随意变形的机器人，还有很长的一段路要走。现在虽然培育出了“细胞”，要使之成为完整的仿生物体软体机器人，还需要生长出肌肉、神经、骨骼等组织。 但随着研究的深入，将液态金属用于肿瘤的治疗、神经和骨骼修复，已经不是一种幻想。
因此，液态金属的空间应用远不止软体机器人方面。作为一大类新兴功能物质和材料，液态金属正被快速推进到生物医疗健康、芯片冷却、能量捕获、印刷电子及3D打印等高新科技领域，带来颠覆性变革的同时催生出一系列战略性新兴产业。中国液态金属研究团队的专家们也希望能和更多国内外优秀团队合作，共同应对液态金属研究面临的重大挑战。
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