還記得科幻電影《終結(jié)者》中的液態(tài)金屬機(jī)器人嗎?他可以隨心所欲地變成所觸及的任何人，受到攻擊后能像液體一樣重新恢復(fù)原貌，還可以穿越狹小孔隙到墻壁另一面重新組合——如今，這個(gè)科幻電影中的酷炫幻想，正在科學(xué)家的努力下試圖變成現(xiàn)實(shí)。

近日，美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊刊發(fā)了清華大學(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)聯(lián)合研究小組的一篇論文，描述了他們發(fā)明的一種全新可實(shí)現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料。

這種材料有哪些特別的神奇之處呢?

“該材料由液態(tài)金屬與硅膠制成，內(nèi)部還包含低沸點(diǎn)工質(zhì)，是一種多年前就提出的液態(tài)金屬硅膠復(fù)合材料體系的延伸，可以被3D打印成任意形狀。我們利用此材料制備了熱響應(yīng)自由變形的軟體章魚，可以溫控定向蠕動(dòng)的軟體動(dòng)物，以及可以抓取重物的柔性抓手。”研究小組負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)教授劉靜向經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者介紹，研究小組利用這種液態(tài)金屬復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)和展示了一系列新穎獨(dú)特的概念型功能物和柔性機(jī)器架構(gòu)，液態(tài)金屬由此可以擺脫其它剛體支撐物和溶液環(huán)境得以“站立”起來，并擁有一系列獨(dú)特的超大尺度變形和運(yùn)動(dòng)功能，且全部過程可逆。

“通過嵌入可編程的加熱系統(tǒng)及特別設(shè)計(jì)，采用這種復(fù)合材料將可能做出可持續(xù)性變形和運(yùn)動(dòng)的非接線機(jī)器人，甚至模擬整個(gè)人形/動(dòng)物形狀或其局部臉型變化。”劉靜說。

非接線、人形?看來這是一種可以自帶電源的可變形機(jī)器人!它能實(shí)現(xiàn)哪些應(yīng)用呢?

在一些特殊環(huán)境下，如救災(zāi)過程中，需要機(jī)器人能夠任意改變形狀以適應(yīng)狹窄的空間環(huán)境。但由于材料和驅(qū)動(dòng)方式所限，傳統(tǒng)軟體機(jī)器人很難實(shí)現(xiàn)身體各部位的自由變形和運(yùn)動(dòng)。而液態(tài)金屬材料具有液體的流動(dòng)性和金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，是制備軟體機(jī)器人的優(yōu)良材料。

該研究小組還在液態(tài)金屬硅膠復(fù)合材料中負(fù)載酒精的液滴，通過其相變產(chǎn)生的體積快速變化，實(shí)現(xiàn)了液態(tài)金屬復(fù)合材料的熱驅(qū)動(dòng)大尺度自由變形和恢復(fù)——其膨脹可超過自身原始高度的11倍。值得指出的是，這一復(fù)合材料體系中，若缺乏液態(tài)金屬僅采用傳統(tǒng)硅膠材料，則很難實(shí)現(xiàn)如此高效率超大尺度變形。這是由于液態(tài)金屬具有良好的導(dǎo)熱性和柔性，極大增強(qiáng)了材料的熱響應(yīng)速度和形變率，使其每一部分的任意變形成為可能。

更重要的是，液態(tài)金屬具有良好的電學(xué)特性，這使得電磁感應(yīng)或遠(yuǎn)程激光非接觸式加熱驅(qū)動(dòng)成為現(xiàn)實(shí)。因此，通過設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)無線控制這種液態(tài)金屬復(fù)合材料的變形和運(yùn)動(dòng)，極大拓展了它的應(yīng)用范圍。

“通過理論分析，我們還得出了熱驅(qū)動(dòng)變形的影響因素以及最適宜的材料比例。這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器人研制工作向前推進(jìn)了一大步。”劉靜說。

所以，在不遠(yuǎn)的將來，“終結(jié)者”那樣的機(jī)器人將變成現(xiàn)實(shí)嗎?讓我們拭目以待。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 液態(tài)金屬 復(fù)合材料