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2023-01-31
機(jī)器人液化越獄！中國團(tuán)隊實現(xiàn)終結(jié)者幻想，靈感竟來自海參
更新時間：2023-01-26 16:05:11作者：智慧百科
晨 羿閣 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
《終結(jié)者2》中，液態(tài)金屬機(jī)器人T1000變形穿過鐵柵欄，追殺主角。
30多年后，這一幕在實驗室里成真了！
只見樂高小人形狀的機(jī)器人被關(guān)在“監(jiān)獄里”，找到合適的角度后開始加熱自身，熔化成液態(tài)。
成功“越獄”后竟然又重塑自身，恢復(fù)原型。
網(wǎng)友看過后覺得，這個再加上AI聊天機(jī)器人，我們正在走向電影里描繪的那個2029年。
以及開玩笑說為啥科學(xué)家們就非得如此努力的創(chuàng)造《終結(jié)者》的時間線？
不過這個研究中的機(jī)器人可不是穿越時空來追殺人類反抗軍領(lǐng)袖的（狗頭），而是在醫(yī)療、工業(yè)上都有應(yīng)用。
這項研究發(fā)表在Cell旗下期刊Matter上，來自中山大學(xué)廣東省傳感技術(shù)與生物醫(yī)療儀器重點實驗室、浙江大學(xué)流體動力與機(jī)電系統(tǒng)國家重點實驗室、以及卡耐基梅隆大學(xué)軟體機(jī)器人實驗室合作完成。
受海參啟發(fā)
令人意想不到的是，研究團(tuán)隊表示這個機(jī)器人的靈感來自于自然界中的海參（莫非是團(tuán)隊在廣東的成員經(jīng)常吃？）。
別看海參屬于軟體動物，但它可以自由改變身體的硬度。
其背后原理是改變富含蛋白的原纖維間基質(zhì)的硬度，以提高其承載能力。這一招可以有效防止環(huán)境對其造成的物理損害。
同理，這個機(jī)器人也能夠自由切換液態(tài)和固態(tài)，只不過背后是由磁場驅(qū)動。
以往的磁性機(jī)器人材質(zhì)要么是硬邦邦的固體磁性彈性體，要么是黏糊糊的液體材料。
這次，研究團(tuán)隊創(chuàng)造性地提出了一種新材料——磁活性相過渡物質(zhì)(MPTM)。
MPTM由嵌入鎵（一種熔點很低的金屬）中的磁性粒子組成，不但具有高機(jī)械強(qiáng)度、高負(fù)載能力，還能快速運動、有強(qiáng)大的可控性強(qiáng)和形態(tài)適應(yīng)性。
只需通過交變磁場加熱和環(huán)境冷卻，就能使MPTM在固態(tài)和液態(tài)之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換。
實驗證明，由這種材質(zhì)制造出的機(jī)器人在兩種形態(tài)中都有很好的表現(xiàn)：
固體形態(tài)時，該機(jī)器人的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到了強(qiáng)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(wěn)定磁化也使其具有更靈活的移動性，移動速度最快可達(dá)1.5m/s；
液體形態(tài)時，由于磁性微粒能夠旋轉(zhuǎn)和重新定向它們的磁極，該機(jī)器人可以自由實現(xiàn)伸長、分裂和合并。
甚至，研究人員還使用更強(qiáng)的磁場將磁性粒子向上拉，使機(jī)器人學(xué)會了跳躍。
在操作上，由于MPTM的復(fù)合材料的熔點接近室溫，當(dāng)研究團(tuán)隊使用交變磁場時，液態(tài)金屬中的電子會形成電流，這些流過機(jī)器人身體的電流將其加熱并最終使其熔化。
在自然冷卻后，液化的機(jī)器人又會重新變回固體。
就像前文展示的一樣，這款能在固態(tài)和液態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換的機(jī)器人，未來有望用于醫(yī)療保健、精準(zhǔn)的貨物運輸、電子修復(fù)等等領(lǐng)域。
如果做成微型機(jī)器人，可以到人類體內(nèi)清除異物，進(jìn)入胃部后變成液態(tài)包裹住異物一起帶走。
工業(yè)上，它可以化身成一顆萬能螺絲釘，完美適應(yīng)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(dāng)成焊料自動組裝電路，成功點亮燈泡。
軟體機(jī)器人研究爆發(fā)，多個科幻點子“成真”
液態(tài)金屬機(jī)器人研究，始于2014年。
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與清華大學(xué)聯(lián)合研究小組首次揭示了液態(tài)金屬的可逆形態(tài)切換行為，登上Advanced Materials期刊封面，引起重大反響，成為這一領(lǐng)域的開端。
下一個里程碑，是同一團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬具有類似生物細(xì)胞吞噬外界顆粒的行為，“吞食”鋁片后就可獲得能量，實現(xiàn)了液態(tài)金屬機(jī)器人的自主驅(qū)動。
近年來，鎵合金材料、3D打印技術(shù)的成熟，讓液態(tài)金屬機(jī)器人研究進(jìn)一步爆發(fā)。
論移動速度可以達(dá)到70體長/秒，某種意義上比地球上最快的陸地動物獵豹還快（23 體長/秒）。
論變形和恢復(fù)能力也幾乎達(dá)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確控制，從而難以進(jìn)入實際應(yīng)用。
這次最新研究的共同一作潘程楓表示“讓機(jī)器人能夠在液態(tài)和固態(tài)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(jī)電系統(tǒng)國家重點實驗室及卡耐基梅隆大學(xué)，后來到了港中文大學(xué)做博士后。
在港中文，他還參與了另一種可執(zhí)行可逆性伸縮變形、彎曲和按需運動的軟體機(jī)器人研究，這一次則是受水蛭伸縮能力的啟發(fā)。
這項研究的合作者港中大教授張立，還開發(fā)了像漫威“毒液”一樣的粘液機(jī)器人，如果感興趣的話，還可以點擊這里。
論文：
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00693-2
參考鏈接：
[1]https://techxplore.com/news/2023-01-person-shaped-robot-liquify-power-magnets.html
