液态金属机器人 电影里那个无所不能的液态金属机器人纯属想象 它正在闯进现实

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以下是中国科学院理化技术研究所研究员饶威的讲话:

今天，我很荣幸与大家分享液态金属的过去和现在的生活。说到液态金属，很多人都会想到一部电影——终结者2。这部电影构建了一个液态金属机器人的形象。

终结者2液态金属机器人:科幻与现实？

这样的机器人可以在固体和液体之间自由切换，可以破壁，甚至可以自由塑形、奔跑，被击中后还能神奇地自我修复。这样一个无所不能的机器人形象给我们带来了无数遐想。

科幻电影充满想象力，但很多科幻电影都有其现实和科学依据。

室温液态金属材料是建造液态金属机器人的关键。

室温液态金属材料

什么是室温液态金属材料？

从字面上看，它在室温下应该同时具有流体和金属的特性。它可以实现任意流动，同时具有不同的形状。

室温液态金属

常见的室温液态金属有以下几种。

一种是金属汞。水银是生活中常用的水银温度计所用的材料，但水银有毒，容易挥发，国家已经完全禁止使用。第二种是钠钾合金。博士期间，我的主要研究对象是钠钾合金。一般在做实验的时候，一定要随时把灭火器放在一边备用，因为钠钾合金的化学性质过于活泼，遇水后非常容易燃烧甚至爆炸。

最近，我们还利用液态金属冷却系统为无人机定制了一套特殊的冷却系统。

这种无人机装载了高功率密度的激光器，因此对散热的要求很高。液态金属散热和相应的热界面材料可以很好地解决其散热问题。如果只用液态金属散热，今天的故事就可以结束了。然而，你想听的关于液态金属机器人的故事还没有开始。

打开液态金属机器人的门

对于科学家来说，实现从液态金属到液态金属机器人的散热，也是一个循序渐进的探索过程。很长一段时间，都没有好的解决办法。在一个非常偶然的实验中，我们将液态金属、电解质和电极这三种基本元素结合在一起。

当时，我们正在研究用液态金属修复神经。当这三种元素结合在一起时，我们发现液态金属可以在电极的引导下实现定向运动。

如此神奇的发现，可以说打开了液态金属机器人新世界的大门。

大规模变形:不同构象之间的转换

此外，我们希望这是可逆的。它的变形能实现吗？答案是肯定的。

通过添加和去除液态金属液滴表面的氧化层，可以在电场和化学场的协同作用下实现可逆变形。

可逆变形:电化学协同控制

除了变形，液态金属还可以实现定向运动。在电场的引导下，它可以通过一个比自身直径小十倍的狭窄间隙，从空之间的一端移动到空之间的另一端。

变形+运动

遇到斜坡时，它也可以像毛毛虫一样努力达到逆重力攀爬的效果。

电控反重力攀爬

本实验实现了自由塑形的效果。通过调整其机理，可以很容易地获得液态金属线、三角形液态金属、方形液态金属等。当然，也可以很容易地获得更复杂的形状。

磁控:变形+运动

液态金属磁性材料不仅可以变形，还可以重构磁性，从而实现柔性顺磁性材料的许多新应用。

除了磁场，热场也能在一定程度上控制液态金属。下图显示了外部激光对液态金属复合材料的自控过程。

热控制:变形+运动

复合材料制造了这样一只“章鱼”，它可以在激光指向的任何地方射击。即使温度很高，它也能流几滴章鱼眼泪，还能像毛毛虫一样伸展。

热控制:变形+运动

液态金属机器人研究的分水岭和进展

此外，我们希望构建一个更复杂甚至更智能的液态金属机器人。

说到智能，有一种机器人是类似生物体的机器人。它的基本特征是可以在没有任何外部磁场的情况下自主移动。液态金属机器人能实现吗？

说到这里，我们不得不提到另一个偶然的实验发现。当时，在实验中，我们的同学希望找到一些东西来搅拌液态金属液滴。当时她手边没有任何工具，就撕了一张铝箔，把水滴搅了一下。

自驱动液态金属机器人

没想到，这一滴吃掉了铝箔，同时在电解液中实现了自主旋转，不需要外加场驱动一个多小时。它还可以在各种形状的凹槽之间移动。

这一发现可以说是划分液态金属机器人研究分水岭的事件，在当时也造成了很大的影响。世界各大相关媒体对这一现象做了相应的报道，还被评选为当年两院院士评选的十大新闻动态之一。进一步进化，一个类似生物体的机器人还有另一个突出的特点:它一般是固体和液体的结合体，就像人类一样，一般由硬骨和软肌肉组成。液态金属机器人有可能实现自驱动固液组合机吗？

说到这里，我们不得不提到另一个偶然的发现。在发现自动驾驶机器人的过程中，我们的同学使用了铝箔。在组合机器的实验中，我们也想找到一些东西来将液态金属液滴移动到合适的位置。这次，我们同学发现了一个可靠的东西，那就是铜线。将这根铜线插入液态金属液滴后，液滴会迅速吃掉铜线，铜线会自行振荡。同时，我们还可以控制振幅和频率。

自驱动固液联合机:自激振荡效应

生命最基本的特征是节律性和周期性。现在，液态金属生物机器人也可以具备这样的特性。所以这种效应让我们更多地思考液态金属机器人。仿生机器人的另一个基本作用是内吞作用。液态金属机器人能实现这样的功能吗？

生物学特性:内吞作用

从上面的动画可以看出，液态金属很容易将附着在表面的一层铜粒子吞进体内，从而实现内吞作用。

说到生物，我们知道自然界中也有一种神奇的生物，它可以通过改变颜色来伪装自己和周围的环境，然后让自己看不见。

液态金属总是给人以银白色的金属光泽。有没有可能变成各种颜色？

说到这里，我不得不提到另一个偶然事件。当时我们要拍一个科普视频，所以我想重复液态金属变形的实验，于是安排我的学生重复这个实验。

在重复这个实验的过程中，他可能没有经验，在液态金属液滴中加入了更多的铝。

这使得液态金属变形，实现变色效果，从浅黄色变成棕色，再变成更深的颜色。这一现象给我们带来了很大的惊喜。

仿生特性:基于结构颜色的变色效应

为什么会有这样的变色现象？

进一步的实验表明，它的颜色变化与其氧化层的厚度密切相关，氧化层的厚度改变了光路的影响。

科学与时尚的融合

此外，液态金属可以与服装有机结合。液态金属的柔性电路与时尚服装有机融合。液态金属可以作为连接服装中电路的桥梁，创造出非常好的光效，相当于在自己的身上戴了一颗星星空。最后，有几句话想和大家分享。如果你问我有没有一种材料可以满足我们所有的想象？我的答案一定是液态金属。在液态金属的许多神奇效果背后，我们发现了各种偶然性。然而，偶然性和必然性是相互关联的。正是因为团队对液态金属工作的长期坚持，才从其背后基础科学的长期积累中获得了许多意想不到的收获。不同于其他材料技术，很多都是先被国外发现，然后我们进行相应的跟踪模仿、二次创新甚至超越。与液态金属及其技术相关的材料起源于中国，并在中国发展壮大。

人们描述了石器时代、青铜时代、铁器时代和新材料时代历史文明的发展。我们可以看到，材料、工业经济与人类文明的发展息息相关。

随着更多液态金属材料的发现，我们相信未来人类很有可能进入液态金属时代，用液态金属改变人们的认知，改变我们的科学观念，改变我们的技术水平，进而改变我们人类的物质文明。

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