中国研发出世界首个自主运动可变形液态金属机器

最近，中科院理化所和清华大学医学院的刘晶研究员带领的联合研究团队发表了题为《自燃式生物识别液态金属软体动物》(2015)的研究论文《先进材料》，该论文迅速被《新科学家》、《自然研究要闻》、《科学新闻》等数十家知名科学杂志或专业网站报道，在国际上引起了重要反响和热议。

这项研究在世界上首次发现了一种不寻常的、独特的现象和机理，即液态金属在吞下少量物质后，可以以可变形机器的形式长时间高速运动，实现无外力的自主运动，从而为开发实用的智能电机、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器甚至更复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。这是该小组首次发现电控可变形液态金属的基本现象(盛等，高级材料，2014，封面文章；张等，科学报告，2014)。这种液态金属机械完全摆脱了复杂的外部动力系统，向独立柔性机械的发展迈出了关键的一步。这篇文章被选为杂志的封面故事。替代计量数据显示，其指数已达到71.0，远高于该刊6.7的平均值，在同期论文中排名第一。

研究表明，置于电解液中的镓基液态合金可以通过“摄入”铝作为食物或燃料来提供能量，从而实现高速高效的长期运行。一块小铝片可以驱动一个直径约为5毫米的液态金属球连续运动一个多小时，速度高达5厘米/秒。这种柔性机器不仅可以在*空间运动，还可以在各种结构通道中蜿蜒运动。令人惊讶的是，它还可以根据路线上的通道宽度来调整它的变形，当它到了一个拐角时，它就会停下来，就好像稍微思考一下就能继续移动一样，整个过程就像科幻电影中出现的终结者机器人。应该说，液态金属机器的一系列不寻常的习惯与自然界中一些简单的软体动物非常接近，例如能够“吃”食物(燃料)、自主移动、可变形并具有某些代谢功能(化学反应)，因此作者将其命名为液态金属软体动物。这台人造机器的发明也提出了“如何定义生命”的问题。目前，实验室已经能够根据上述原理制造不同尺寸的液态金属机器，尺寸范围从几十微米到几厘米，并且可以在不同的电解质环境中移动，例如碱性、酸性甚至中性溶液。实验和理论分析表明，这种自主式液态金属机械的动力机制来自两个方面:一是液态合金、金属燃料和电解液之间发生的原电池效应将形成内生电场，从而在液态金属表面诱发高表面张力的不对称响应，进而对易变形的液态金属机械产生强大推力；同时，电化学反应过程中产生的氢气也进一步提高了推力。正是这种双重作用产生了非凡的液态金属马达行为，这种能量转换机制对于开发特殊形式的能量动力系统也具有重要意义。

在迄今为止开发的各种柔性机械中，自主式液态金属机械在变形能力、运行速度和寿命水平方面都很少见，这给它们增加了许多重要用途。作为具体应用装置之一，本文还特别展示了第一台不需要外部电源的液态金属泵。通过将其限制在阀座内，可以达到自旋转和泵送流体的目的。基于此，可以快速制造大量的微泵，以满足液体药物和阵列微流体等的输送。成本极低。如果这种柔性泵用于冷却，也可以实现高度集成的微芯片冷却器。进一步的应用可以发展成血管或内腔机器人，甚至自组装液态金属智能机器。

发表上述开创性发现的文章在网上发表后，立即引起了世界各地许多科学杂志、专业网站和新闻媒体的关注。《新科学家》首先用文章和精心制作的视频报道:“液态金属向可变形机器人更近了一步。””指出它“将成为未来电影中人工生命的种子”。《自然》杂志在其研究亮点专栏中报道了“液态金属马达自行移动”的主题。科学网站发布观察文章和视频:“可变形金属马达有一系列用途”。路透社对此也做了特别报道。许多报道这项工作的科学杂志或专业网站也有物理学家组织的网站:“变形液体金属能够在液体中自我推进”。化学与工程新闻C&EN:“推出液态金属发动机”；揭开加利福尼亚:“世界上第一个液态金属机器人”；电子出版物:“第一个终结者-1000型液体发动机开发无限潜力”推出；镜子:“真实终结者1000液态金属马达(真实生活-t-1000-液态金属马达)”。科普:“类似终结者的‘智能液态金属可能是新一轮军备竞赛的第一步’”；《太空日报》等:“液态金属机器人几乎在这里，它们是中国制造的”。流行力学:“终结者1000机器人可能是由这种自主液态金属制成的。“越来越多的网站期待这一开创性技术在机器人、药物输送、血管和环境监测方面的应用前景，称“机器人行业正朝着难以置信的突破前进”这显然是一个巨大的第一步，这是许多潜在商业用途的来源，将会引起世界各地的工业和*的极大兴趣。这应该是全世界工业和*的巨大兴趣所在.根据初步统计，数百个科学或专业网站在文章发表后两周左右对其进行了评论和重印，说明了这项研究工作的影响。

自驱动液态金属机器的出现扩展了可变形机器的全新概念，这将大大加快柔性智能机器的发展进程。目前，全球围绕先进机器人的研发活动正在如火如荼地进行。如果我们能充分发挥液态金属的巨大潜力，并结合相关技术，将会引发许多超越传统的机器变革。刘晶集团液态金属自驱动效应及相应机械形式的发现，为未来先进柔性智能机器人技术的发展开辟了新的途径，具有非常重要的科学意义和实际应用价值。

可变形液态金属机器在包含电解质的容器或各种通道中的自主运动

自动液态金属机器显示的人工软体动物、物理马达及其驱动流体

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