科技日報實習記者 蘇菁菁
快看！這個小機器人先由固態變為液態，在磁場的引導下，穿過了“牢籠”。
磁控機器人通過液化、穿過欄桿并使用放置在欄桿外的模具重新凝固來逃離牢籠。
(相關資料圖)
接下來，這攤“液體”通過放置在欄桿外的模具重新凝固，從液態又轉變為固態，最終小機器人成功“越獄”。
這不禁讓人聯想到《終結者》中的液體機器人，它的身體部位隨意變形武器，戰斗力驚人。
這充滿科幻色彩的一幕，出現在中美科學家聯合提出“磁控固-液相變材料”的實驗中。原來，該材料可以在交變磁場的作用下對固態的金屬加熱，使之變成液態，之后也可以通過冷卻，使金屬再由液態轉為固態。這一研究發表至國際期刊的《Cell》旗下子刊《Matter》，由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、卡耐基梅隆大學軟體機器人實驗室合作完成。
靈感來源：終結者與海參
中山大學教授蔣樂倫是這一論文的通訊作者之一，他告訴科技日報記者，這次工作的靈感來源于兩個方面：一是電影《終結者》，二則是動物海參。
“《終結者》中的液態金屬機器人的手，可以在固液切換后，之后變成一把刀，同時，機器人還可以變成液態后越獄。這是我們的靈感來源之一。”蔣樂倫說。
“作為科研工作者，在進行一些原創性的工作時，需要一些靈感。像很多科幻片與科幻小說中，有很多非常有趣、天馬行空的創意與想法，這些想法能夠給我們啟發，我們也希望能實現科幻作品中的功能，拓展相應的技術與能力。”蔣樂倫說。
蔣樂倫告訴科技日報記者，海參是非常有趣的動物，可以通過外界刺激來改變自己的硬度。
靈感是海參。
“海參通過改變富含蛋白的原纖維間基質的硬度，來改變體壁外形。”蔣樂倫說，“這與我們人體的肌肉相似。比如，人在緊張狀態下，肌肉會變硬變緊，在放松狀態下，肌肉也會很軟。海參也是一樣。”
基于此，團隊提出了磁控的固態和液態相互切換相變材料。這一材料不僅具有固態金屬的硬度與承載力，還有液態金屬的形變能力。
固態時剛度強?液態時可形變
液態金屬一般是低熔點的金屬。據蔣樂倫介紹，液態金屬在30攝氏度以上是液體，而30攝氏度以下是固體，這與人類生存的溫度相符。
為了充分利用液態金屬在特定條件下固-液切換的特性，研究團隊將磁性顆粒混合融入液態金屬——鎵中。通過高頻的磁場加熱這一金屬后，該金屬會由原先的固態轉變為液態。轉變為液態后，又可以通過半導體制冷（珀耳帖效應）或者自然冷卻來對金屬進行降溫，從而使之由液態變為固體。
此外，加入磁性顆粒后，施加的外部磁場還可以用來引導液態金屬移動和轉動，變形等。
據了解，這一磁控的固-液相變材料，在固態時有較高的剛度，而在液態下可以像水一樣。“固態時，金屬有很強的剛度，能夠承擔較大的重量，還能夠快速運動；而液態的金屬可以流動、分裂或融合，具有較強的形態適應性。因此，我們的研究結合了固態與液態情況下金屬的優勢。”蔣樂倫說。
在研究過程中，從如何讓金屬快速冷卻，到如何使材料具有生物相容性，以此拓展材料的應用場景，團隊遇到了很多挑戰。“最終通過配方的不斷調整、細化，我們實現了較快的冷卻，也有望未來在人體中應用。”蔣樂倫說。
修復螺釘與電路 進入人體取異物
據蔣樂倫介紹，磁控固-液相變材料在未來有三個方面的應用。
“一是電子電路的修復。”蔣樂倫說，“在磁場環境下，相變機器人可推動電子元器件到封閉不可操作的空間，通過加熱之后由固態變成液態，來焊接這些電子元器件，從而修復電路。”蔣樂倫說。
二是零部件的組裝。固態機器人由磁場引導，抵達至損壞的位置，通過交變磁場加熱液化變形為萬能的螺釘，之后對兩個零部件進行固定，完成零部件的組裝。
三是生物醫學上的應用。“例如，兒童吃了一些異物之后，我們可以通過磁控固液相變材料，液化后抓取，固化后將異物提取出來。”蔣樂倫說，“此外，這種相變材料還可以在固態下封裝藥物，液化后定點可控釋放藥物。”
在液體環境中，磁控機器人清除異物（綠色圓球）。
（中山大學供圖）
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