終結者必歸來

科學之聲

不知大家是否還記得去年阿爾法狗與韓國棋手李世石的世紀大戰？這是機器在圍棋領域第一次戰勝人類。谷歌團隊在《自然》雜志上刊登了他們的最新研究成果：名為“阿爾法元”的新機器系統僅訓練3天就戰勝了阿爾法狗，被譽為圍棋界“上帝之手”。

人工智能的突飛猛進讓人類看到了智能機器人時代的曙光，然而，想讓科幻作品中的機器人真正走進現實，除了要讓機器人的大腦學會“思考”，身體上也要感知這個世界。其中，高分辨相機讓機器人擁有視覺；語音識別系統讓機器人擁有聽覺；而電子皮膚的出現，則讓機器人有了知覺。

電子皮膚這一概念最早出現在上世紀七八十年代以《終結者》為代表的科幻作品中，其中T-1000型號的機器人身體可以任意變形，受傷后能自我修復，在固態和液態中隨意切換，給觀眾留下了極為深刻的印象。與此同時，科學家們也開始對電子皮膚進行不斷探索，因為除智能機器人以外，電子皮膚在仿生假肢、健康監測等領域也有巨大應用前景。電子皮膚的基本單元是柔性應變傳感器。隨著智能終端的普及，電子皮膚作為可穿戴設備在過去20年中得到蓬勃發展，許多高性能、多功能的電子皮膚被開發出來。然而，現有的應變敏感材料，由于導電性差、能耗高、制作工藝復雜、成本高等缺點，極大地限制了電子皮膚的實際應用。所以，尋找新型應變傳感材料迫在眉睫。

金屬合金是人類最早開發并且至今仍在日常生活中使用最廣泛的材料之一。然而，晶體金屬合金的彈性極限范圍很小，一般金屬合金材料的彈性極限遠小于0.5%，這是金屬材料應用在電子皮膚領域最大的短板。為了解決這一問題，中科院物理所非晶研究團隊研發了一種新型柔性高性能應變傳感器——非晶合金皮膚。說來也巧，《終結者》中未來戰士的這些神奇特性在現實生活中對應的材料，就是非晶合金，也稱為金屬玻璃或者液態金屬。非晶合金是通過急速冷卻的方法得到的，保留了金屬液體無序的原子結構，因此彈性范圍有了很大提高，同時金屬優異的導電性也得以保留。像終結者一樣，非晶合金作為凍結的液態，當加熱到熔化溫度0.5到0.6倍時，可以轉變為粘稠的液態，實現自愈合。

非晶合金皮膚是通過離子束濺射方法將非晶合金薄膜直接附著在柔性塑料襯底上得到的。非晶合金皮膚柔性好、很容易彎曲超過180度。通過選擇不同大小的襯底，非晶合金皮膚的面積可以實現從幾平方毫米到150平方厘米的連續變化。通過對非晶合金薄膜的厚度進行調控，非晶合金皮膚視覺上可以變“透明”。

對該傳感器進行的壓阻效應測試結果表明，非晶合金皮膚保留了金屬材料高電導率、而且電阻與應變之間有完美的線性關系、穩定性好等特點。同時，與傳統晶態金屬材料相比，彈性范圍有很大的提高。非晶合金皮膚可以用來靈敏地監測手指彎曲程度，表明其在仿生學等方向有很大應用前景。該傳感器還有極小的電阻溫度系數，明顯的抗菌性等特點。另外，非晶合金皮膚制備方法簡單，制造成本低。綜合以上這些特點，非晶合金皮膚的出現，有望推動電子皮膚的早日實際應用。

相信經過科學家和工程師們的不斷努力，終結者終有一天會來到人類社會，屆時它可能不再是“終結者”，而是人類的好伙伴。endprint