能跑步、会爬坡，这不是生物，这居然是金属？

液态金属的神奇特性可能在未来的智能时代发挥重要作用。

当涉及到室温下的液态金属时，最广为人知的是汞，一种令人生畏的挥发性有毒物质，因此人们开始逐步淘汰水银温度计和血压计。然而，与汞不同的是，中国科学院物理化学研究所研究员、清华大学医学院生物医学工程教授刘晶研究的液态金属在常温常压下呈液态，不挥发，无毒，具有表面张力大、沸点高、导电性强和导热性高的特点。镓铟合金是液态金属之一。

不久前，刘晶和他的研究小组将液态金属与量子器件联系起来，并提出了全液态量子器件。未来相关设备可能应用于智能系统和量子计算。相关的研究结果发表在预先打印的网站arXiv上，这是世界上第一次提出全液体量子器件的概念。此前，以液态金属器件为基础，刘晶为首的研究小组在世界上首次提出了液态金属计算机的基本概念和技术方案，并已开始将这一概念推向实际的硬件方向。

刘晶关于全液体计算机设备和量子设备的想法不是空中楼阁。在十多年的液态金属研究中，刘晶和他的团队发现了40多种液态金属的独特现象。起初，他们只使用液态金属来冷却高度集成的计算机芯片。后来，他们在电、磁、光、热、化学、机械等外部场的控制下，逐渐发现了液态金属的异常变化。此外，他们发现液态金属在“吃掉”燃料后可以自主移动和其他生物行为。幸运的是，我们在液态金属领域有许多开创性的发现。”刘晶说。一系列的首次发现使刘晶和他的团队在液态金属研究领域处于世界领先地位。

液态金属显示“生物行为”

“进食”、“自主运动”、“吞咽效应”...很难想象如果这些现象发生在钢铁中会是什么样子。这些与生命相关的词汇似乎与金属无关，但它们在液态金属上有独特的表达方式。

“内吞效应”是细胞吞噬外部颗粒的过程。这是生物学中常见的行为。刘晶研究小组发现液态金属也有类似生物行为的“内吞效应”。他们发现，溶液环境中的液态金属液滴会产生一种内吞效应，类似于细胞在受到电场或化学物质作用时吞噬外部颗粒，并能有效地将周围的颗粒吞进体内。2017年5月，这一发现作为封面文章发表在国际期刊《高级科学》上。

2016年，刘晶的团队发现液态金属可以在电场的作用下通过大规模变形穿越障碍物。

同样在2016年，刘晶团队首次揭示了石墨表面*空间中的液态金属在电的控制下可以逆着重力向上爬行。这一发现以封面文章的形式发表在国际期刊《高级材料》上。以前，在玻璃和塑料等传统衬底材料的情况下，液态金属由于其大的重力和光滑的表面而难以攀爬，并且不能被外部电场逆着重力拉动。

2015年，刘晶和他的团队以内部封面文章的形式发表了一篇题为《先进材料上的仿生自驱动液态金属软体动物》的论文，描述了镓铟合金，一种浸入氢氧化钠溶液中的液态金属，可以在没有电的情况下自主移动长达1小时，并且可以根据环境而变形。这种不寻常的特征非常接近自然界中简单的软体生物。这为液态金属机器人的发展奠定了理论和技术基础。

此前，该研究小组以封面文章的形式发表了《先进材料研究》，首次揭示了溶液中的液态金属在外加电场的控制下会出现多种变形现象，如旋转、单向运动、分离和融合。这为柔性机器人、微流控智能器件和其他大规模应用的发展开辟了新的途径。

柔性机器人的天然材料

根据国际数据公司的预测，到2020年，全球机器人产业的市场价值将达到1880亿美元。人们希望未来的机器人更加智能和灵活，能够更好地进行人机自然交互和合作。不久前，美国科罗拉多大学博尔德分校的研究小组开发的机器人是专门设计用来“钻入”人体肛门的。它使用硅橡胶材料。该机器人具有非常灵活的身体，比传统的结肠镜检查工具更舒适。这个工具可以帮助医生在进入人体结肠后通过拍摄图像和样本来诊断疾病。如果未来的机器人能更灵活，更少依赖外部动力，它将帮助人们完成许多特殊和高级的任务。

然而，机器人的发展，包括柔性机器人，大多是由刚性材料制成的，如金属、塑料和其他材料。刘晶认为，目前，科学界已经开发出各种软体动物机器人，包括蠕虫机器人、毛虫机器人、章鱼机器人和章鱼机器人等。然而，它们中的大部分仍然属于由多个硬单元组成的机构，这些硬单元还远远没有软的、通用的变形、甚至融合等先进机器所具备的能力，甚至与自然界中人或动物的柔软外表和无缝、流畅的联系也大相径庭。

液态金属的高表面张力和变形等特性使其成为柔性机器人的天然材料成为可能。随着刘晶团队发现液态金属的可控变形机制效应，有望在柔性机器人的理论和技术上取得重大突破。随着更加灵活可控的液态金属变形单元和功能的发现，将推动机器人和智能技术的研发，带来全新的理念，开辟前所未有的应用空间。

“液态金属是一种新的功能物质，它含有许多以前没有被认识到的新的物理性质。它为几个新的科技前沿提供了极其丰富的研究空间。”根据刘晶的说法。

刘晶希望他的团队不仅能“发现”液态金属的基本效应和科学特性，还能在应用甚至工业化发展方面引领世界。“火药是在中国发现的，但是枪支是由其他国家发明的。我们不仅希望发现，也希望发明。”