液态金属机器：发现它，控制它，应用它

作者：张馨予

今年夏季，全新上阵的好莱坞电影《终结者：创世纪》在全球范围内火热上映。《终结者》系列电影上映之初，人们便对好莱坞导演的想象力大加赞服——施瓦辛格饰演的机器人，掏出霰弹枪朝液态机器人T-1000射击，身体被打穿了数个大窟窿的液态机器人，却能恢复原形“满血复活”。

那么，这样的变形机器人真的能够出现在人类的生活中吗？

由刘静教授带领的中科院理化所、清华大学联合小组就有关液态金属变形机器的系列突破性发现证明，也许有一天，高度超过数米、能自行分解又能相互组合的变形机器人能够真的问世。

在前期于世界上首度研发世界首个自驱动可变形液态金属机器后，至今年9月份，刘静团队在多家国际知名学术期刊上再发6篇相关论文，这项研究正在稳步推进中。

从首次发现自驱动的液态金属机器，到再度发现系列独特的液态金属基础效应、科学现象与可变形机器运动形态，刘静团队正在为新兴的液态金属柔性智能机器的研制和应用进一步打下理论与技术基础。

液态金属研究的“潜修者”

所谓液态金属，既可以是像水一样的流体，也可以是固体；既是导体，也可以转换成其他性质材料。比如，源于刘静小组的工作表明，液态金属可以注射入人的身体里固化作为骨骼。在理想状态下，即便人体内极为脆弱的神经断了，未来科学家也可以应用液态金属把断了的神经连起来。可以说，液态金属孕育着许多前瞻性、前沿性的应用。

“科学研究存在不确定性，但又有必然性。坚持不懈，就会在合适的时机实现跨越，科学青睐有准备的头脑说的就是这个道理。”谈起多年来实验室在液态金属领域取得的系列发现，刘静不无感慨。

早在1999年，时年30岁的刘静就被中科院理化所作为“百人计划”引进所里，此后，他就开始了相关领域的研究。

“任何科研成果的取得，都不会是一蹴而就的，但都包含一定逻辑规律在内，基础研究尤其如此。”刘静坦言，早在本世纪初，他们就一直潜心于液态金属的探索。尽管在很长的时间内，这一领域在国际上几乎完全是冷门，“液态金属的确被世人所严重忽视了，”但刘静始终认为，液态金属拥有广阔的应用前景，也蕴藏着丰富的科学。最终，科学之神慷慨地赐予了回报，给刘静及其小组带来了意外之喜——2013年秋，世界首台电控的可变形液态金属机器被他们首次发现。

在一次偶然的试验中，刘静小组发现浸没于水中的镓基液态金属对象，可以在极低电压作用下呈现出大尺度变形、自旋、定向运动乃至在周围流体中诱发出涡街等现象。较为独特的是，一块很大的金属液膜可在数秒内即收缩为单颗金属液球，变形过程十分快速，而表面积改变幅度高达上千倍。此外，在外电场作用下，大量彼此分离的金属液球可发生相互合并，直至融合成单一的液态金属球。

去年，刘静的成果发表在国外权威期刊上，引发广泛关注。今年3月，刘静再次彰显了中国科学家的原创实力——他和他的团队发表了《仿生型自驱动液态金属软体动物》的论文。随后，论文迅速被数十个国际科学杂志或专业网站报道，引起较大的热议和反响。

这种机器完全不依靠外界电场就能实现自由运动，可以说比之前成果实现了一大跨越。

原来，依靠进食铝，这种液态金属球就可以实现自由运动。刘静团队经过后续的大量试验发现，一小片铝即可驱动直径约5毫米的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度高达每秒5厘米。这种柔性机器既可在自由空间运动，又能于各种结构槽道中蜿蜒前行。

科研人员认为，这种液态金属机器的习性已相当接近自然界一些简单的软体生物（比如草履虫），因为它能“吃”燃料，自身几乎不消耗，可以自主运动，还能变形，具备一定的化学反应，因此将其命名为“液态金属软体动物”。

这种液态金属机器完全摆脱了庞杂的外部电力系统，从而向研制自主独立的柔性智能机器迈出了关键的一步。

近来，在前面取得的重大发现基础上，刘静团队再度取得系列突破。

逐步揭示原理

“光发现液态金属的自驱动及相关现象还不够，要实现应用，必须对它作进一步研究，比如，如何控制液态金属机器的行为。”刘静说，在前期基础上，实验室继续对液态金属机器进行了全方位的实验，首次定义并证实了一种崭新的机器形态——过渡态机器。

“我们已经知道，液态金属球能吃铝，那么，若将其收集起来注射到溶液中的话，会出现什么现象呢？”结果令人吃惊，瞬间产生了大量四处奔跑的液态金属马达群，如同中国古典小说《西游记》中所描述的孙悟空拔出汗毛变成一大群小猴的情形。而且，其形态变化的速度非常之快。