《終結者 2》中,液态金屬機器人 T1000 變形穿過鐵栅欄,追殺主角。
30 多年後,這一幕在實驗室裡成真了!
隻見樂高小人形狀的機器人被關在 " 監獄裡 ",找到合适的角度後開始加熱自身,熔化成液态。
成功 " 越獄 " 後竟然又重塑自身,恢複原型。
網友看過後覺得,這個再加上 AI 聊天機器人,我們正在走向電影裡描繪的那個 2029 年。
以及開玩笑說為啥科學家們就非得如此努力的創造《終結者》的時間線?
不過這個研究中的機器人可不是穿越時空來追殺人類反抗軍領袖的(狗頭),而是在醫療、工業上都有應用。
這項研究發表在 Cell 旗下期刊 Matter 上,來自中山大學廣東省傳感技術與生物醫療儀器重點實驗室、浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室、以及卡耐基梅隆大學軟體機器人實驗室合作完成。
受海參啟發
令人意想不到的是,研究團隊表示這個機器人的靈感來自于自然界中的海參(莫非是團隊在廣東的成員經常吃?)。
别看海參屬于軟體動物,但它可以自由改變身體的硬度。
其背後原理是改變富含蛋白的原纖維間基質的硬度,以提高其承載能力。這一招可以有效防止環境對其造成的物理損害。
同理,這個機器人也能夠自由切換液态和固态,隻不過背後是由磁場驅動。
以往的磁性機器人材質要麼是硬邦邦的固體磁性彈性體,要麼是黏糊糊的液體材料。
這次,研究團隊創造性地提出了一種新材料——磁活性相過渡物質 ( MPTM ) 。
MPTM 由嵌入镓(一種熔點很低的金屬)中的磁性粒子組成,不但具有高機械強度、高負載能力,還能快速運動、有強大的可控性強和形态适應性。
隻需通過交變磁場加熱和環境冷卻,就能使 MPTM 在固态和液态之間實現可逆轉換。
實驗證明,由這種材質制造出的機器人在兩種形态中都有很好的表現:
固體形态時,該機器人的機械強度達到了強度 21.2MPa,剛度 1.98GPa,能承受自身重量 30 倍的物體。
嵌入的微粒子的穩定磁化也使其具有更靈活的移動性,移動速度最快可達 1.5m/s;
液體形态時,由于磁性微粒能夠旋轉和重新定向它們的磁極,該機器人可以自由實現伸長、分裂和合并。
甚至,研究人員還使用更強的磁場将磁性粒子向上拉,使機器人學會了跳躍。
在操作上,由于 MPTM 的複合材料的熔點接近室溫,當研究團隊使用交變磁場時,液态金屬中的電子會形成電流,這些流過機器人身體的電流将其加熱并最終使其熔化。
在自然冷卻後,液化的機器人又會重新變回固體。
就像前文展示的一樣,這款能在固态和液态之間自由轉換的機器人,未來有望用于醫療保健、精準的貨物運輸、電子修複等等領域。
如果做成微型機器人,可以到人類體内清除異物,進入胃部後變成液态包裹住異物一起帶走。
工業上,它可以化身成一顆萬能螺絲釘,完美适應不同形狀不同尺寸的螺絲孔,并承受 10kg 的重量。
又或者把自己當成焊料自動組裝電路,成功點亮燈泡。
軟體機器人研究爆發,多個科幻點子 " 成真 "
液态金屬機器人研究,始于 2014 年。
中國科學院理化技術研究所與清華大學聯合研究小組首次揭示了液态金屬的可逆形态切換行為,登上 Advanced Materials 期刊封面,引起重大反響,成為這一領域的開端。
下一個裡程碑,是同一團隊發現液态金屬具有類似生物細胞吞噬外界顆粒的行為," 吞食 " 鋁片後就可獲得能量,實現了液态金屬機器人的自主驅動。
近年來,镓合金材料、3D 打印技術的成熟,讓液态金屬機器人研究進一步爆發。
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論變形和恢複能力也幾乎達到了電影中描繪的任意變形。
不過還有存在一個問題是難以精确控制,從而難以進入實際應用。
這次最新研究的共同一作潘程楓表示 " 讓機器人能夠在液态和固态之間切換,賦予了它們更多的功能 "
完成這項研究時,潘程楓所在單位為流體動力與機電系統國家重點實驗室及卡耐基梅隆大學,後來到了港中文大學做博士後。
在港中文,他還參與了另一種可執行可逆性伸縮變形、彎曲和按需運動的軟體機器人研究,這一次則是受水蛭伸縮能力的啟發。
這項研究的合作者港中大教授張立,還開發了像漫威 " 毒液 " 一樣的粘液機器人,如果感興趣的話,。
論文:
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385 ( 22 ) 00693-2
參考鍊接:
[ 1 ] https://techxplore.com/news/2023-01-person-shaped-robot-liquify-power-magnets.html