機器人液化越獄！中國團隊實現(xiàn)終結者幻想，靈感竟來自海參
還能自由切換形態(tài)、修復自身
夢晨 羿閣 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
《終結者2》中，液態(tài)金屬機器人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器人被關在“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，恢復原型。
網友看過后覺得，這個再加上AI聊天機器人，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家們就非得如此努力的創(chuàng)造《終結者》的時間線？
不過這個研究中的機器人可不是穿越時空來追殺人類反抗軍領袖的（狗頭），而是在醫(yī)療、工業(yè)上都有應用。
這項研究發(fā)表在Cell旗下期刊Matter上，來自中山大學廣東省傳感技術與生物醫(yī)療儀器重點實驗室、浙江大學流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室、以及卡耐基梅隆大學軟體機器人實驗室合作完成。
受海參啟發(fā)
令人意想不到的是，研究團隊表示這個機器人的靈感來自于自然界中的海參（莫非是團隊在廣東的成員經常吃？）。
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動。
以往的磁性機器人材質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，研究團隊創(chuàng)造性地提出了一種新材料——磁活性相過渡物質(MPTM)。
MPTM由嵌入鎵（一種熔點很低的金屬）中的磁性粒子組成，不但具有高機械強度、高負載能力，還能快速運動、有強大的可控性強和形態(tài)適應性。
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)可逆轉換。
實驗證明，由這種材質制造出的機器人在兩種形態(tài)中都有很好的表現(xiàn)：
固體形態(tài)時，該機器人的機械強度達到了強度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1.5m/s；
液體形態(tài)時，由于磁性微粒能夠旋轉和重新定向它們的磁極，該機器人可以自由實現(xiàn)伸長、分裂和合并。
甚至，研究人員還使用更強的磁場將磁性粒子向上拉，使機器人學會了跳躍。
在操作上，由于MPTM的復合材料的熔點接近室溫，當研究團隊使用交變磁場時，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)之間自由轉換的機器人，未來有望用于醫(yī)療保健、精準的貨物運輸、電子修復等等領域。
如果做成微型機器人，可以到人類體內清除異物，進入胃部后變成液態(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。
又或者把自己當成焊料自動組裝電路，成功點亮燈泡。
軟體機器人研究爆發(fā)，多個科幻點子“成真”
液態(tài)金屬機器人研究，始于2014年。
中國科學院理化技術研究所與清華大學聯(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，成為這一領域的開端。
下一個里程碑，是同一團隊發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬具有類似生物細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)金屬機器人的自主驅動。
近年來，鎵合金材料、3D打印技術的成熟，讓液態(tài)金屬機器人研究進一步爆發(fā)。
論移動速度可以達到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）。
論變形和恢復能力也幾乎達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，從而難以進入實際應用。
這次最新研究的共同一作潘程楓表示“讓機器人能夠在液態(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電系統(tǒng)國家重點實驗室及卡耐基梅隆大學，后來到了港中文大學做博士后。
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
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