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“液态金属心跳”面世,科幻小说将成科学事实 (2019-01)

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澳大利亚伍伦贡大学(University of Wollongong,UOW)获突破性发现!金属镓(Ga)在液态状态下经电流刺激能产生“心跳”效应,研究成果将在人造肌肉、软机器人和微流体电路方面具有潜在的应用前景。这项突破性发现,发表在2018年7月11日出版的《物理评论快报》上。

据悉,研究人员通过电化学刺激一滴液体镓来产生心跳,使其以一种有规律和可预测的方式振荡。镓(Ga)是一种柔软的银色金属,熔点低,在29.7摄氏度以上时变成液体。

这一发现在人工肌肉、软机器人和“芯片上的实验室”微流体电路中具有潜在的应用前景。

Xiaolin Wang教授是ARC未来低能耗电子技术卓越中心(FLEET)的项目负责人,带领来自澳大利亚创新材料研究所下的UOW超导和电子材料研究所研究团队进行项目。

Wang教授说:“通过设计一种特殊的电极,并对液态金属液滴施加电压,我们就能让金属像心脏一样跳动。”

虽然类似的心跳效应以前也曾在液态汞中产生过,但那是一种难以抑制或控制的不稳定运动。水银还有一个额外的缺点,就是毒性很强。

相比之下,液态镓是无毒的,能产生一种有规律的运动(频率从每分钟30-100拍不等,取决于重力的影响和液滴的大小),因此它的潜在用途要大得多。

Wang教授说,他对液态金属的研究受到生物系统和科幻小说的启发,其中包括詹姆斯·卡梅隆导演的电影《终结者2:审判日》中的变形液态金属“T-1000”机器人。

“对我来说,没有什么是虚构的——科幻小说是一个尚未被发现的科学事实。”当我在科幻小说中看到一种效果时,我就会思考我们如何在现实生活中创造这种功能。

“我不想创造一个终结者机器人,别担心,但是液体机器人的功能在现实世界中是有用的,所以我想在液态金属中发现更多的功能。”

“来自《终结者2》的液体机器人有两个功能。一个是改变它的形状,然后恢复它。第二种是从软到硬——如果你还记得那一幕,它伸出胳膊变成了一把剑,它从软金属变成了硬金属。”

“这两个功能已经被发现。来自中国和美国的不同研究小组发现了第一个,改变形状然后恢复它。而我在UOW的研究小组发现了第二个现象,通过施加电压从软状态转变为硬状态。”

“我们还开发了一种方法,可以在不接触液态金属的情况下立即形成任何图案,包括书写。”我最初的想法是在我们的实验室里找到一种复制‘麦田怪圈’效果的方法。”

“现在我们创造了一种液态金属的功能,即使是詹姆斯·卡梅隆也无法想象:如何让它像跳动的心脏一样运动。”

尽管这篇研究论文关注的是这一突破的基本物理原理——了解液态镓如何以及为什么会以这种方式运行——而不是它的应用,但Wang表示它还有有很多潜在的用途。

Wang表示,“很多设备都是用软材料制成的。 机器人是我们的未来。为了开发软机器人,我们需要一种力量来驱动软组织运动,所以我们很自然地想到软机器人的心脏。”

“在许多生物系统中,在人类和动物中,心脏为一切提供动力。因此,金属心跳可以用作泵,作为推动液体通过通道的动力。”

ISEM研究员、论文作者之一的David Cortie博士表示,液态镓心跳的自我调节特性使其成为多种用途的理想选择。

“心跳的定时是自然发生的,你不需要使用任何复杂的电子设备就能让定时工作,因此自我调节泵是一种可能,” Dr.Cortie说。

“我们还提出了振荡子。在电子学中,你需要一个定时控制,例如一种每秒发送两次脉冲的东西,所以通过类比,这个功能对于微流体电路中的基于流体的定时器是有重要作用的。”