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科普液态金属:为何能流动,能有何应用?

摘要: 或许我们很难在短时间内做出像“终结者”那样的机器人,但这种变化应该可以被感知到,并促使液态金属在多个领域“大显身手”。

在美国拍摄的一些科幻电影中,我们常常能看到一些强大到逆天的机器人,比如《超能陆战队》中的微磁机器人,无论怎样破坏,哪怕被分解也还能重新组合到一起。再如《终结者2》中的T-1000,不管遭受什么样的伤害都能在一瞬间自动复原,甚至可以随意“整容”与改变身形。尽管这很炫酷,但细思恐极,有这样的存在还是相当可怕的。

不过,随着技术的发展,这种机器人可能真的会在现实当中出现。据物理学家组织网近日消息,英国萨塞克斯大学和斯旺西大学的科学家找到了一种可通过电场使液态金属变为各种二维形状的方法,如变成心形或字母等等。研究团队表示,这一发现表明了液态金属是“一种潜力巨大的新材料”,可能在智能电子设备、软体机器人以及医疗等方面起到重要作用

实际上,英国此次对液态金属的研究并非首例,此前人类对液态金属的关注已持续了一段时间,尤其是中国对液态金属的研究更为突出并取得了不错的成果。液态金属本身具备诸多,人类对其开发程度日益加深,相信液态金属在未来的人工智能及智能硬件领域能够取得更为长足的发展。

液态金属“神通广大”是由哪些特质决定的?


所谓液态金属,即不定型金属,也称非晶合金或金属玻璃,可将其看作由正离子流体与自由电子气组成的混合物。它拥有独特的原子结构,排列无序。它是金属但却拥有流动的特质,它很轻但却极为强硬,同时具有高弹性。它还能一次成型,免去加工的繁琐程序。

液态金属具有极为优越的性能。其强度为不锈钢的3倍,铝、镁合金的10倍以上,钛合金的1.5倍以上,就算是在轻合金中,液态金属的单位密度强度也是最高的。液态金属的安全使用强度为1500 Mpa,弹性应变能量可达到19Mj/m2,而最好的弹簧钢的弹性应变能量也仅能达到2.2Mj/m2。

在硬度上的优势,使得液态金属在耐磨或抗划痕的领域能够得到广泛的应用。良好的弹性能够满足其他金属不能满足的某些特定领域。比如在压力下弯曲,但要求不能变形的医疗设备,或是能够反复弯曲,还不能出现塑性变形和硬化的压力传感器。

在精度方面,液态金属成型的产品可以和机器加工产品的工艺一争高下,并且没有附加成本与废弃材料。在抗腐蚀性能方面,液态金属合金也展现出了超常的能力,尤其在工业应用中能发挥更大的作用,如食品加工、医疗设备、户外运动设备、航海产品等方面。

对于其他金属而言,如果不做抛光、研磨等二次加工,是无法达到这种精度的,而在许多领域,金属的反光性能是极为重要的,液态金属合金的光洁度就能够达到高光反射的效果,而且还能进行抛光,还不必牺牲其他的性能。

此外,液态金属合金属于无磁性材料,而且与其他磁性物体接触也不会沾染任何磁性。因此可应用于核磁共振设备的组件,电磁开关的外壳,或是高射频功率领域。

综上所述,液态金属不仅具备优质功能,还能以注塑方式成型,使得设计者有了更大的发挥空间。此外,其一次性净成型的特质也在很大程度上节省了加工成本,最大限度地提升了效率。液态金属拥有的众多优势,使其拥有极为广阔的应用空间,在环保、医疗、智能硬件、AI、航空航天等领域都能够发挥极大的作用。

液态金属的种种优势,也吸引了各国科研团队和企业的注意。关于液态金属的研究,人类也取得了颇多成果。这些成果有助于引导液态金属被应用于实际生活中,甚至在未来实现商用。

人类对液态金属研究深化,成果可观趋于实用


英国最新的关于液态金属的研究,其原理就是由计算机制造出改变液态金属形状的电场。也就是说,液态金属的形状与位置可通过计算机编程进行控制。

研究团队成员、来自萨塞克斯大学的思睿拉姆·赛布莱恩认为:“液态金属在可变形领域潜力巨大。它们独特的属性包括表面张力可由电压控制、高导电性以及室温下液态与固态相变”。尽管这一技术尚处初级阶段,但它已经展现出了在电子智能设备、柔性屏及软体机器人等方面的应用潜力。

其实,在液态金属研究方面,中国的步伐相当领先。去年8月,清华大学研究团队在液态金属机器人领域有重大进展。清华大学医学院联合研究小组团队发现,液态金属具备与细胞类似的吞噬外界颗粒的“胞吞效应”,这是生物界普遍存在的一种行为,并且他们还发现液态金属具有“呼吸获能”的本领。

研究发现,处于溶液环境中的液态金属,在受到电场或者化学物质的作用之时,能够产生胞吞效应,高效地将周围的颗粒吞入体内。如在电解液的环境中,一块镓基液态合金在“吃掉”铝之后,可变身为机器形态,并进行长时间的高速运动,根本无需外部动力。

更有意思的是,这种机器形态的液态金属不仅能在自由空间中运动,还能在各种结构的槽道中穿梭自如。它们能自己调整体形和路线,似乎自身具备思考能力。

团队负责人刘静表示,此类功能“有点像生命”,故而称之为“类生物行为”。事实上,液态金属机器就像是软体动物,其表现出的特殊性质已经与自然界中的软体生物相当接近了。这一研究成果以封面的形式发表在国际权威期刊《尖端科学》(Advanced Science)上。

若是将时间的标尺再向前延伸,会发现早在2015年,该团队就已宣布研制出全球首台液态金属机器。该成果为流体泵送系统、血管机器人、柔性执行器甚至是更复杂的液态金属机器人研究奠定了理论基础与技术基础,并且将在医学、军事等领域发挥重大作用。

液态金属的种种特性为我们带来了许多想象的空间。例如我们可以期待像“终结者”那样的机器人。当然,这是个远期目标,最实际的,我们可以期待液态金属给智能设备带去的改变。

基于研究人员近年来在液态金属研究方面所取得的成果,我们可以期待电脑、手机等设备不再是中规中矩的方正,而是能被随心所欲地设计成各种形状,既酷炫又个性。曲面设计、柔性屏甚至是更为艺术的想法和造型都可能成为现实。届时对提高销量、扩充消费者的选择空间以及推动整个行业进步绝对大有裨益。

其实,目前已有液态金属技术初步应用于智能手机的事例。iPhone的组件中就用到了液态金属。只不过由于其生产困难,并且对工艺要求极高,因此并没能应用到iPhone的外壳之上,而是用在了SIM卡的取卡针中,这一零件由美国LiquidMetal公司生产。

液态金属“随遇而安”的特性以及一系列优势,使得它在许多领域都可能被需要。研究人员表示,未来希望通过数字操控的方式,改变液态金属的外观、功能及物理性状,为研制变形显示器、更为灵活的智能设备甚至软体机器人打基础。

当然,与所有的新技术一样,液态金属的发展尚处不成熟阶段。也许达到“终结者”水平需要经历一个漫长的过程。但毫无疑问的是,液态金属将对人类进入突破想象的时代起到加速的作用,并在未来为多个领域带去革命性的变革。或许我们很难在短时间内做出像“终结者”那样的机器人,但这种变化应该可以被感知到,并促使液态金属在多个领域“大显身手”。

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本文系作者 最极客 授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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评论(5

  • 最极客 最极客   回复  冲凌阿
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    0

    可不是么

    2018-04-17 14:55 via pc
    • 冲凌阿 厉害了,我的取卡针
      2017-11-09 22:33 via iphone
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      1
  • 最极客 最极客   回复  慈善人杨东风
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    0

    你说,人真的有下辈子么

    2018-04-17 14:55 via pc
    • 慈善人杨东风 下辈子我们也得不到产品拥有
      2017-12-28 17:26 via iphone
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      0
  • 下辈子我们也得不到产品拥有

    2017-12-28 17:26 via iphone
  • 山岚四起 山岚四起
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    0

    金属材质的塑造感更强啊。

    2017-12-25 14:29 via android
  • 冲凌阿 冲凌阿
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    1

    厉害了,我的取卡针

    2017-11-09 22:33 via iphone

Oh! no

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