难被“终结”的液态金属机器人

大多数科幻电影爱好者肯定不会错过上世纪80年代的科幻大片《终结者》系列，它是近几十年来最优秀的科幻大片之一。这个使人神经绷紧、动作巧妙的科幻片第一次让奥地利健美运动员阿诺·施瓦辛格博得了世人的关注。他饰演的反派机器人T-1000给我们留下深刻印象。它由特殊液态金属组成，时而坚不可摧，时而柔软似水，能够随意变换各种形态穿梭于各种夹缝中。T系列液态金属机器人开启了液态金属在机器人领域应用的梦想之门。

近期，国际著名学术期刊《先进材料》刊发的一篇文章再度点燃人们对液态金属机器人的憧憬与热情。文章介绍了由中国科学技术大学张世武副教授所在的研究团队、澳大利亚伍伦贡大学李卫华教授所在的研究团队和苏州大学李相鹏副教授所在的研究团队组成的联合研究组，设计了基于镓基室温液态金属的新型机器人驱动器，并首次实现了液态金属驱动的功能性轮式移动机器人的科研成果。该联合研究组所采用的镓基室温液态金属具独特的表面性质及理化特性，可以通过电场、磁场以及浓度梯度场等多种能量场或者表面改性等方式，实现变形、移动、分离以及融合等多种形态学变化，在MEMS、微流体、生物医学以及机器人等领域展示出巨大的应用前景，引起国际上的广泛关注。

镓基室温液态金属具有巨大的表面张力，在极低的电场功耗下展示出高效的运动能力。联合研究组巧妙地将高效液态金属驱动和变重心机构相结合，开发出结构简单紧凑、驱动性能好的新型液态金属机器人。研究人员设计了一种具有超疏水表面的极轻半封闭轮式结构，将液态金属液滴限制在狭长的轮体内部；通过巧妙设计的随动微型电极支架施加外部电场驱动轮体内液态金属运动，进而持续改变轮式机器人的重心，驱动轮式机器人滚动。

同时，研究人员对所提出的新型液态金属机器人进行动力学建模与分析，并通过实验探索了电解液浓度、施加电压、液态金属体积、轮体结构等参数对机器人运动性能的影响，获得驱动运动的最佳参数匹配。进一步，通过集成电池系统，研究人员成功设计了新型液态金属自驱动轮式移动机器人。

该研究有望启发一种新型驱动方式，弥补传统机器人驱动方式（电机、液压及气动等）结构复杂、体积大以及驱动能效低等不足，促进未来微小机器人及特种机器人系统的发展。在不久的将来，液态金属机器人将在癌症靶向治疗及智能柔性可穿戴设备等领域大展身手。

这是否意味着荧屏上的T系列液态金属机器人正一步步“走”向现实？要想把T系列液态金属机器人变为现实，我们还有很长的路要走，因为其中涉及材料学、生物学、机器人、流体力学、电子、传感器以及计算机等多学科，而其关键环节之一是要有过硬的液态金属。提起液态金属，也许你首先会想起金属汞。T系列机器人之所以那么霸道、厉害，很大部分也得益于它的液态金属躯体。我们先来大概了解一下液态金属。

目前我们所说的液态金属一共有三种含义。第一种指的是在常温下呈液态的金属，如常见的金属汞等。这里的液态金属中的液态是指液体形状；第二种就是我们常说的非晶合金。非晶合金之所以也叫液态金属，是因为这种合金是固体形状，本应该是晶态，却保留了液体形态下的非晶态；第三种就是《终结者》中出现的T系列机器人所用的液态金属，它是由一种名为Mimeticpolyalloy（拟态合金）的液态金属打造。现实中的前两种液态金属与电影中的第三种液态金属还有很大的差距，具体表现在以下几方面：

首先，使用状态。第一种液态金属如金属汞在常温状态下就是液体。第二种非晶合金如非晶戒指、非晶高尔夫球棒、网球拍以及非晶U盘等都是固体。而电影里T系列机器人的液态金属则具有液体般流动性，并可在液态和固态之间随意转化。

其次，性能差异。电影里展示的液态金属不仅具有液态的灵动性，还具有金属的高强度。如形状记忆合金一般，受伤变形后还能恢复到原状。韧性好到可以任性地穿过铁栅栏门。无需防弹铠甲，潇洒地穿过枪林弹雨，打爆头也不怕，伤口自愈合！可以冰里逃生，也可以浴火重生。T-1000的液态金属是由纳米技术打造，可以扫描接触物体的分子结构，并在视觉上模拟。因此不仅可在液固之间任意转换，它还可变成它接触过的任何东西。目前的非晶合金具有高弹性、高强度、高硬度、耐腐蚀性等特性，但是韧性还是比不上一般的金属，并且没有感应能力、形变记忆能力等。

再者，人工智能。非晶合金是没有自主意识的。而在电影中，每一滴Mimeticpolyalloy都拥有自我学习、协调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才拥有了全身可以随意变形，能够模拟任何体积相当的物体。继全液态金属的T-1000之后，更高级的机器人如T-X，里边是超合金骨架，外表仍要披一层液态金属，为的是拥有模仿人类相貌的能力。而没有这些神通的非晶合金，用途也不少，体育器材、手机壳、航天器轴承、穿甲弹、变压器等器件中都可以找到它的身影。

早在2013年，中国科学院理化技术研究所刘静研究员和她的科研团队就研制了一种液态金属材料，这种液态金属可以吞噬掉另一种金属，并且将其转化为自身运动的动力，就能长时间运动！并且，包裹液态金属的金属膜可实现液态金属的收缩和膨胀，即这种金属膜包裹下的液态金属可以收缩成很小的一团，需要变成机器使用的时候，液态金属可以达到收缩状态下表面积的几千倍以上。一小团液态金属形状改变后能成为一艘小船，或者一辆汽车、一栋小房子等！而你不想用的时候，通过金属膜把液态金属收回来就行。未来可以用这种液态金属打造宇宙飞船，就可以完全模仿飞碟形状，自由飞行在空中，降落后收在口袋里就可以！在星际航行的时候，没有能量了，给液态金属飞船找陨石上面含有的金属物质做能量，然后就能继续飞行。

英国萨塞克斯大学和史云斯大学的科学家近期也研究出一种新型的液态金属，并且可以被控制形状。这种液态金属能通过编程改变形状，通过电场进行控制，能让金属从简单的形状转变成许多其他复杂的几何形状，像字母或心形。虽然这项研究还处于初期阶段，但展示出了它在计算机图形处理、智能电子设备、软体机器人和柔性显示器等方面的应用潜力。

实验室负责人Sriram Subramanian说：“液态金属在可变形领域中的潜力非常大，它独特的性质包括可由电压控制的表面张力、高液态导电性和室温下的液态-固态相变。我们和其他研究人员的长期愿景之一，就是通过编程控制来改变任何物体的物理形状、外观和功能，创造出超过现有显示器或机器人功能的东西。”

澳大利亚墨尔本市RMIT大学的研究人员利用镓合金提炼出神奇的液滴，为T系列液态机器人的诞生铺平道路。这种导电材料可自我组装，能被用于制造3D显示器和其他复杂的机器元件。

金属镓在室温条件下就会呈现液态，将其与铟和锡等金属添加到水中，并改变pH值，这种金属液滴就可以自由移动。RMIT大学的研究人员正尝试使用这种导电的液态金属制造电子元件，它们可以自己移动，就像T-1000式液态“终结者”那样变形，并进行自我组装。与电子设备中的现代元件不同，它们依然是基于固态元件的电路，而将来的电子元件可能更柔韧灵活，能够根据需要移动和重新配置。项目领导人扎德赫表示：“利用这些发现，我们可以制造自主操作的移动物体、开关或水泵，由周围流体组合驱动自我组装的液态金属。”扎德赫表示，最终，利用这些发现原理，研究人员将可按照需要制造3D液态金属机器人，就像T-1000式液态“终结者”。

《终结者》里面的液体机器人身体是由可还原记忆的液态金属构成，它的每一滴液态金属都是它的CPU，这些CPU既拥有独立的思维，可以分散工作，也有能自我组合、相互协作的能力。如果能把计算机体积做到分子级的大小（同时要能承受很大的力不损坏），同时能产生磁力之类的连接力（连接的力要可控，而且要足够强，使分子级计算机合成固体后有足够的硬度），让这些分子级大小的计算机形成一个整体，这样硬件方面就可以了。之后再利用强人工智能技术和分布式运算技术进行编程，现实版液态金属机器人就可以行动了。目前的软件问题还可能解决，毕竟已经有弱人工智能的程序（比如siri）和分布式运算的程序（比如hadoop）了，距离达到要求不算远。但是硬件上就成问题了，目前没有能满足这些要求的材料。加工技术也达不到要求，目前的纳米加工技术（聚焦离子束技术之类的）可以做到原子级的操作（不过要是原子级的精密加工就成问题了）。目前未来的处理器制造技术可以达到5纳米，而原子级的精度在0.1纳米左右。

液态金属机器人的出现也让机器人科研某些方面取得重大突破，并且液态机器人的应用潜力比传统机器人更好一些，毕竟传统机器人因为材质问题导致其无法做到太小，而液态机器人则不同了，最小能够达到几十微米的程度，并且以后可能会变得更小。对于这种液态金属机器人，可能有些人担心出现电影《终结者》里面的情景，其实这点也是无需过于担心的，我们在研发机器人的同时，也在不断加强对机器人的控制，在保证人类安全的前提之下进行研究，避免出现某些影视中的情景。