難被“終結”的液態金屬機器人

大多數科幻電影愛好者肯定不會錯過上世紀80年代的科幻大片《終結者》系列，它是近幾十年來最優秀的科幻大片之一。這個使人神經繃緊、動作巧妙的科幻片第一次讓奧地利健美運動員阿諾·施瓦辛格博得了世人的關注。他飾演的反派機器人T-1000給我們留下深刻印象。它由特殊液態金屬組成，時而堅不可摧，時而柔軟似水，能夠隨意變換各種形態穿梭于各種夾縫中。T系列液態金屬機器人開啟了液態金屬在機器人領域應用的夢想之門。

近期，國際著名學術期刊《先進材料》刊發的一篇文章再度點燃人們對液態金屬機器人的憧憬與熱情。文章介紹了由中國科學技術大學張世武副教授所在的研究團隊、澳大利亞伍倫貢大學李衛華教授所在的研究團隊和蘇州大學李相鵬副教授所在的研究團隊組成的聯合研究組，設計了基于鎵基室溫液態金屬的新型機器人驅動器，并首次實現了液態金屬驅動的功能性輪式移動機器人的科研成果。該聯合研究組所采用的鎵基室溫液態金屬具獨特的表面性質及理化特性，可以通過電場、磁場以及濃度梯度場等多種能量場或者表面改性等方式，實現變形、移動、分離以及融合等多種形態學變化，在MEMS、微流體、生物醫學以及機器人等領域展示出巨大的應用前景，引起國際上的廣泛關注。

鎵基室溫液態金屬具有巨大的表面張力，在極低的電場功耗下展示出高效的運動能力。聯合研究組巧妙地將高效液態金屬驅動和變重心機構相結合，開發出結構簡單緊湊、驅動性能好的新型液態金屬機器人。研究人員設計了一種具有超疏水表面的極輕半封閉輪式結構，將液態金屬液滴限制在狹長的輪體內部；通過巧妙設計的隨動微型電極支架施加外部電場驅動輪體內液態金屬運動，進而持續改變輪式機器人的重心，驅動輪式機器人滾動。

同時，研究人員對所提出的新型液態金屬機器人進行動力學建模與分析，并通過實驗探索了電解液濃度、施加電壓、液態金屬體積、輪體結構等參數對機器人運動性能的影響，獲得驅動運動的最佳參數匹配。進一步，通過集成電池系統，研究人員成功設計了新型液態金屬自驅動輪式移動機器人。

該研究有望啟發一種新型驅動方式，彌補傳統機器人驅動方式（電機、液壓及氣動等）結構復雜、體積大以及驅動能效低等不足，促進未來微小機器人及特種機器人系統的發展。在不久的將來，液態金屬機器人將在癌癥靶向治療及智能柔性可穿戴設備等領域大展身手。

這是否意味著熒屏上的T系列液態金屬機器人正一步步“走”向現實？要想把T系列液態金屬機器人變為現實，我們還有很長的路要走，因為其中涉及材料學、生物學、機器人、流體力學、電子、傳感器以及計算機等多學科，而其關鍵環節之一是要有過硬的液態金屬。提起液態金屬，也許你首先會想起金屬汞。T系列機器人之所以那么霸道、厲害，很大部分也得益于它的液態金屬軀體。我們先來大概了解一下液態金屬。

目前我們所說的液態金屬一共有三種含義。第一種指的是在常溫下呈液態的金屬，如常見的金屬汞等。這里的液態金屬中的液態是指液體形狀；第二種就是我們常說的非晶合金。非晶合金之所以也叫液態金屬，是因為這種合金是固體形狀，本應該是晶態，卻保留了液體形態下的非晶態；第三種就是《終結者》中出現的T系列機器人所用的液態金屬，它是由一種名為Mimeticpolyalloy（擬態合金）的液態金屬打造?，F實中的前兩種液態金屬與電影中的第三種液態金屬還有很大的差距，具體表現在以下幾方面：

首先，使用狀態。第一種液態金屬如金屬汞在常溫狀態下就是液體。第二種非晶合金如非晶戒指、非晶高爾夫球棒、網球拍以及非晶U盤等都是固體。而電影里T系列機器人的液態金屬則具有液體般流動性，并可在液態和固態之間隨意轉化。

其次，性能差異。電影里展示的液態金屬不僅具有液態的靈動性，還具有金屬的高強度。如形狀記憶合金一般，受傷變形后還能恢復到原狀。韌性好到可以任性地穿過鐵柵欄門。無需防彈鎧甲，瀟灑地穿過槍林彈雨，打爆頭也不怕，傷口自愈合！可以冰里逃生，也可以浴火重生。T-1000的液態金屬是由納米技術打造，可以掃描接觸物體的分子結構，并在視覺上模擬。因此不僅可在液固之間任意轉換，它還可變成它接觸過的任何東西。目前的非晶合金具有高彈性、高強度、高硬度、耐腐蝕性等特性，但是韌性還是比不上一般的金屬，并且沒有感應能力、形變記憶能力等。

再者，人工智能。非晶合金是沒有自主意識的。而在電影中，每一滴Mimeticpolyalloy都擁有自我學習、協調能力以及自我思考能力，并可以在分散后找到彼此。因此，T-1000才擁有了全身可以隨意變形，能夠模擬任何體積相當的物體。繼全液態金屬的T-1000之后，更高級的機器人如T-X，里邊是超合金骨架，外表仍要披一層液態金屬，為的是擁有模仿人類相貌的能力。而沒有這些神通的非晶合金，用途也不少，體育器材、手機殼、航天器軸承、穿甲彈、變壓器等器件中都可以找到它的身影。

早在2013年，中國科學院理化技術研究所劉靜研究員和她的科研團隊就研制了一種液態金屬材料，這種液態金屬可以吞噬掉另一種金屬，并且將其轉化為自身運動的動力，就能長時間運動！并且，包裹液態金屬的金屬膜可實現液態金屬的收縮和膨脹，即這種金屬膜包裹下的液態金屬可以收縮成很小的一團，需要變成機器使用的時候，液態金屬可以達到收縮狀態下表面積的幾千倍以上。一小團液態金屬形狀改變后能成為一艘小船，或者一輛汽車、一棟小房子等！而你不想用的時候，通過金屬膜把液態金屬收回來就行。未來可以用這種液態金屬打造宇宙飛船，就可以完全模仿飛碟形狀，自由飛行在空中，降落后收在口袋里就可以！在星際航行的時候，沒有能量了，給液態金屬飛船找隕石上面含有的金屬物質做能量，然后就能繼續飛行。

英國薩塞克斯大學和史云斯大學的科學家近期也研究出一種新型的液態金屬，并且可以被控制形狀。這種液態金屬能通過編程改變形狀，通過電場進行控制，能讓金屬從簡單的形狀轉變成許多其他復雜的幾何形狀，像字母或心形。雖然這項研究還處于初期階段，但展示出了它在計算機圖形處理、智能電子設備、軟體機器人和柔性顯示器等方面的應用潛力。

實驗室負責人Sriram Subramanian說：“液態金屬在可變形領域中的潛力非常大，它獨特的性質包括可由電壓控制的表面張力、高液態導電性和室溫下的液態-固態相變。我們和其他研究人員的長期愿景之一，就是通過編程控制來改變任何物體的物理形狀、外觀和功能，創造出超過現有顯示器或機器人功能的東西?！?/p>

澳大利亞墨爾本市RMIT大學的研究人員利用鎵合金提煉出神奇的液滴，為T系列液態機器人的誕生鋪平道路。這種導電材料可自我組裝，能被用于制造3D顯示器和其他復雜的機器元件。

金屬鎵在室溫條件下就會呈現液態，將其與銦和錫等金屬添加到水中，并改變pH值，這種金屬液滴就可以自由移動。RMIT大學的研究人員正嘗試使用這種導電的液態金屬制造電子元件，它們可以自己移動，就像T-1000式液態“終結者”那樣變形，并進行自我組裝。與電子設備中的現代元件不同，它們依然是基于固態元件的電路，而將來的電子元件可能更柔韌靈活，能夠根據需要移動和重新配置。項目領導人扎德赫表示：“利用這些發現，我們可以制造自主操作的移動物體、開關或水泵，由周圍流體組合驅動自我組裝的液態金屬?！痹潞毡硎荆罱K，利用這些發現原理，研究人員將可按照需要制造3D液態金屬機器人，就像T-1000式液態“終結者”。

《終結者》里面的液體機器人身體是由可還原記憶的液態金屬構成，它的每一滴液態金屬都是它的CPU，這些CPU既擁有獨立的思維，可以分散工作，也有能自我組合、相互協作的能力。如果能把計算機體積做到分子級的大?。ㄍ瑫r要能承受很大的力不損壞），同時能產生磁力之類的連接力（連接的力要可控，而且要足夠強，使分子級計算機合成固體后有足夠的硬度），讓這些分子級大小的計算機形成一個整體，這樣硬件方面就可以了。之后再利用強人工智能技術和分布式運算技術進行編程，現實版液態金屬機器人就可以行動了。目前的軟件問題還可能解決，畢竟已經有弱人工智能的程序（比如siri）和分布式運算的程序（比如hadoop）了，距離達到要求不算遠。但是硬件上就成問題了，目前沒有能滿足這些要求的材料。加工技術也達不到要求，目前的納米加工技術（聚焦離子束技術之類的）可以做到原子級的操作（不過要是原子級的精密加工就成問題了）。目前未來的處理器制造技術可以達到5納米，而原子級的精度在0.1納米左右。

液態金屬機器人的出現也讓機器人科研某些方面取得重大突破，并且液態機器人的應用潛力比傳統機器人更好一些，畢竟傳統機器人因為材質問題導致其無法做到太小，而液態機器人則不同了，最小能夠達到幾十微米的程度，并且以后可能會變得更小。對于這種液態金屬機器人，可能有些人擔心出現電影《終結者》里面的情景，其實這點也是無需過于擔心的，我們在研發機器人的同時，也在不斷加強對機器人的控制，在保證人類安全的前提之下進行研究，避免出現某些影視中的情景。