液态机器人-施瓦辛格液态机器人-液态机器人制造出来了吗
还记得 1991 年的科幻电影《终结者 2》中的 T-1000 机器人吧？它的全身是由液态金属组成的。它能够在固态和液态之间随意进行转换。它具备强大的变形伪装能力，几乎能够伪装成它接触过的任何一个人。并且，它的全身还能变成液态流淌，与地面融合在一起，之后又会缓缓地浮出地板，重新变为固体。T-1000 液态金属机器人
詹姆斯卡梅隆导演的这部电影在当时处于领先地位，超越了当时的电影水平一个时代。影片里那种杀伤力极为强大且无法被毁灭的液态金属机器人，在当时的人们看来是非常虚幻、不切实际的。然而，到了现在，这种情况或许有可能会变为现实。
近日，中科院理化所的刘静教授团队以及清华大学医学院生物医学工程系的刘静教授团队，首次提出了轻质液态金属物质这一概念。他们还研发出了系列液态金属复合材料，这些复合材料的密度甚至低于水。该项工作被发表在期刊《先进功能材料》上。
全新液态金属材料
液态金属，常温下呈液态状态，能够流动，还能导电。由于它具有高导电性和柔韧性，所以在开发可穿戴设备以及软机器人方面是十分重要的。
在电子领域，液态金属能当作墨水用于 3D 打印，从而直接生成电子电路；在医学领域，因为它与人类有良好的相容性，所以可以连通神经电信号，以此来修复断裂神经。不过，由于液态金属材料自身密度高，这就给制成的器件增加了额外重量，导致了相应的能量消耗，并且也降低了使用的灵巧性。
液态金属能够制造水下的设备，能够对机器人进行改造，还能够制造轻巧的外骨骼。
刘静团队研发的复合材料（简称 GB-eGaln ），它是由空心玻璃微珠和液态金属组成的。镓铟合金最初的幅值密度为 6.2 g/cm³，而这种复合材料的密度降低到了 0.5g/cm³以下。正是因为这样，它具备了身轻如燕的特性，甚至可以漂浮在水面上。
轻量化复合材料 GB-eGaln 是由空心玻璃微珠和液态金属制成的。
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他们的研究表明，GB-eGaln 粘附力较高，所以能够成型为薄片。这种材料延展性良好，能轻松塑形为各种平面片状结构器件，还可以很容易地进行折叠或卷起，独立的两片通过按压就能形成一个整体。利用该性质，人们可以借助类似折纸的方式，将其从二维平面结构转变为三维立体结构。
液体金属具有优良的室温固液相变性质，这使得 GB-eGaln 能够通过温度调控，轻松地在完全柔软的状态和坚硬的金属物体之间自由切换，所以即便只是薄片，也能实现良好的承重性能。
水和液态金属对玻璃表面的亲和性不一样。接触到水后，GB-eGaln 内部原本的玻璃微珠与液态金属的连接，会被玻璃微珠与水的连接所取代。这样一来，它的内部结构就发生了改变，随之引起了密度以及电学性质的改变。研究人员凭借这一特性，给 GB-eGaln 薄片设计了不同的封装结构。这样一来，能够通过在未封装的部位添加少量的水，来对其漂浮行为进行调控，从而实现漂浮和下沉的行为。而沉没后的 GB-eGaln ，经过烘干处理后，能够重新恢复其原有的漂浮性能以及电学性质，进而实现重复利用。
在研究中，他们证明了 GB-eGaln 组件结合磁体后，能够在外部磁场以及包装材料的调节作用下，控制自身的运动，包括悬浮和下沉。这为开发高级智能水下设备提供了潜在的用途。
一类材料，一个时代
中科院理化所刘静、饶伟研究员团队在去年于材料领域的顶刊《材料科学与工程》发表了有关可变形的液态金属纳米材料的综述文章。
在生物医学等领域中，一直以来，降低液态金属液滴的表面张力很重要，增加其比表面积也很重要，缩小其物理尺寸同样重要。微纳米液态金属能够显著改变宏观液体金属的特定物理化学性能，还能提升这些性能，展现出宏观液体金属无法达到的性能。
在增材制造领域，直写和微注射等制造方式展示了批量生态液态金属图案的潜在实际应用。然而，由于较大的表面张力以及易于形成的表面氧化物，宏观液态金属与常用的喷墨式打印工艺难以兼容。所以，制造导线宽度仅为几微米甚至更高分辨率的柔性电路，仍然是一个“卡脖子”的难题。引入微纳液态金属液来协助制造精确电路，这样就使得高分辨率印刷电子能够被实现，仿佛就在眼前。
得益于尺寸效应，液态金属微纳米颗粒在电磁方面表现出异于宏观液态金属的独特性质，在光热方面也表现出这样的独特性质，这使其在生物医学等领域发挥了独特作用，也使其在柔性电子等领域发挥了独特作用，还使其在热管理等领域发挥了独特作用，以及使其在微型马达等领域发挥了独特作用。
微纳米液态金属材料多领域应用上的优越性
人类文明的发展史给我们带来启示：一类材料对应着一个时代。刘静表示，中国的液态金属研究从 2000 年开始到现在，已经申报了 200 多项发明专利，几乎覆盖了液态金属的所有领域。液态金属作为一种特殊功能材料，有希望在电子信息、生物医学、柔性机器人、新计算机等领域引发颠覆性的变化，并且能够催生出一系列具有战略性的新兴产业。
液态金属领域的奇迹
十几年前，刘静及其团队在钻研冷热刀。这把刀能对肿瘤病灶进行深度冻结和消融，能让病人减少痛苦。同时，它还能迅速升温至 80 摄氏度，以此处理更大范围的病灶，实现高效止血。如今，冷热刀通过了卫生部门的审核，进入了临床使用阶段。刘静感慨，用十年磨一剑来形容冷热刀的研制都不够。
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在这 17 年间，刘静除了从事冷热刀相关研究外，还跨界进入了液态金属研究领域。
2013 年，刘静和团队首次发现了一个基本现象，即在电场控制下，液态金属与水的复合体能够在各种形态及运动模式之间进行转换。之后，他们又在世界上首次发现了液态金属的一种奇异行为，即吞食少量铝后，还能自主高速运动并且能够变形。这一发现在全世界引起了轰动。
2015 年之后，清华大学与中国科学院理化技术研究所的联合小组，是由刘静教授带领的。他们研发出了世界上首个可自主运动的可变形液态金属机器，这个机器无需外部电力来驱动，并且柔性极佳，为研发可变形机器人迈出了重要的一步。自驱动液态金属机器问世了，它引申出全新的可变形机器概念。这有望变革传统的机器制造理念，也有望提速柔性智能机器的研制进程。
2018 年，刘静团队创造出一种新型柔性多功能材料，此材料基于液态金属。论文刊登在《材料视野》这一国际学术期刊上。这种材料具备良好的导电性与磁性。其内部会生成气体，进而形成多孔结构。在极端状况下，它的梯级能够快速膨胀到原来的 7 倍多。膨胀后的多孔金属能够携带重物在水面上漂浮。这对于液态金属领域来说，又一次创造了奇迹。
中科院刘维民称，一代有一代的材料，也就有一代的装备。他不敢断言液态金属开辟了一个新的时代，但他强调液态金属作为一种新材料，确实给我们开辟了一个新世界。
该团队到目前为止做出了 40 余项全新的基础科学发现。同时，在芯片冷却、热量捕获、低成本制氢、桌面电子打印机、3D 打印、神经连接、肿瘤治疗、柔性可变性机器等领域取得了一系列底层技术的突破。
刘静：跨界研究液态金属
刘静是中科院理化技术所的双聘研究员，同时也是清华大学医学院生物医学系工程系的教授。她先后入选了中科院以及清华大学。在工作方面，她长期从事液态金属、生物医学工程与工程热物理等领域的研究工作。
他的本科院校是清华大学，所学专业为燃气轮机。同时，他还选修了第二专业，即应用物理。在直博期间，他选择了与工程热物理及生物医学相关的研究方向，也就是生物传热学。1996 年，他获得了工学博士学位，并留在学校任教，从此开启了他的科研生涯。而他与液态金属的邂逅是纯属偶然的。
2001 年，刘静在努力寻找一种材料。这种材料能让计算机芯片快速散热。经过多次尝试后，刘静意识到液态金属的导热性超高。液态金属可以作为冷却液，将集成电路中的热量快速导出。就此，他开始了在液态金属领域的研究。
刘静蛰伏了十几年，专注于液态金属领域。他发表了 100 多篇论文，几乎每年都能有成果产出。他对科研的痴迷使他收获了硕果。2014 年，刘静荣获威廉·伯格奖，此奖是中国科学家首次获得国际传热界的最高奖项。威廉·伯格奖每 4 年颁发一次，每次仅有 1 名获奖者。
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