机器人液化越狱!中国团队实现终结者幻想,灵感竟来自海参

量子位 2023-01-26 12:54
梦晨 羿阁 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

《终结者2》中,液态金属机器人T1000变形穿过铁栅栏,追杀主角。

30多年后,这一幕在实验室里成真了

只见乐高小人形状的机器人被关在“监狱里”,找到合适的角度后开始加热自身,熔化成液态。

成功“越狱”后竟然又重塑自身,恢复原型

网友看过后觉得,这个再加上AI聊天机器人,我们正在走向电影里描绘的那个2029年。

以及开玩笑说为啥科学家们就非得如此努力的创造《终结者》的时间线?

不过这个研究中的机器人可不是穿越时空来追杀人类反抗军领袖的(狗头),而是在医疗、工业上都有应用。

这项研究发表在Cell旗下期刊Matter上,来自中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室、浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室、以及卡耐基梅隆大学软体机器人实验室合作完成。

受海参启发

令人意想不到的是,研究团队表示这个机器人的灵感来自于自然界中的海参(莫非是团队在广东的成员经常吃?)

别看海参属于软体动物,但它可以自由改变身体的硬度。

其背后原理是改变富含蛋白的原纤维间基质的硬度,以提高其承载能力。这一招可以有效防止环境对其造成的物理损害。

同理,这个机器人也能够自由切换液态和固态,只不过背后是由磁场驱动。

以往的磁性机器人材质要么是硬邦邦的固体磁性弹性体,要么是黏糊糊的液体材料。

这次,研究团队创造性地提出了一种新材料——磁活性相过渡物质(MPTM)

MPTM由嵌入镓(一种熔点很低的金属)中的磁性粒子组成,不但具有高机械强度、高负载能力,还能快速运动、有强大的可控性强和形态适应性。

只需通过交变磁场加热和环境冷却,就能使MPTM在固态和液态之间实现可逆转换。

实验证明,由这种材质制造出的机器人在两种形态中都有很好的表现:

固体形态时,该机器人的机械强度达到了强度21.2MPa,刚度1.98GPa,能承受自身重量30倍的物体。

嵌入的微粒子的稳定磁化也使其具有更灵活的移动性,移动速度最快可达1.5m/s;

液体形态时,由于磁性微粒能够旋转和重新定向它们的磁极,该机器人可以自由实现伸长、分裂和合并。

甚至,研究人员还使用更强的磁场将磁性粒子向上拉,使机器人学会了跳跃。

在操作上,由于MPTM的复合材料的熔点接近室温,当研究团队使用交变磁场时,液态金属中的电子会形成电流,这些流过机器人身体的电流将其加热并最终使其熔化。

在自然冷却后,液化的机器人又会重新变回固体。

就像前文展示的一样,这款能在固态和液态之间自由转换的机器人,未来有望用于医疗保健、精准的货物运输、电子修复等等领域。

如果做成微型机器人,可以到人类体内清除异物,进入胃部后变成液态包裹住异物一起带走。

工业上,它可以化身成一颗万能螺丝钉,完美适应不同形状不同尺寸的螺丝孔,并承受10kg的重量。

又或者把自己当成焊料自动组装电路,成功点亮灯泡。


软体机器人研究爆发,多个科幻点子“成真”

液态金属机器人研究,始于2014年。

中国科学院理化技术研究所与清华大学联合研究小组首次揭示了液态金属的可逆形态切换行为,登上Advanced Materials期刊封面,引起重大反响,成为这一领域的开端。

下一个里程碑,是同一团队发现液态金属具有类似生物细胞吞噬外界颗粒的行为,“吞食”铝片后就可获得能量,实现了液态金属机器人的自主驱动

近年来,镓合金材料、3D打印技术的成熟,让液态金属机器人研究进一步爆发。

论移动速度可以达到70体长/秒,某种意义上比地球上最快的陆地动物猎豹还快(23 体长/秒)

论变形和恢复能力也几乎达到了电影中描绘的任意变形。

不过还有存在一个问题是难以精确控制,从而难以进入实际应用。

这次最新研究的共同一作潘程枫表示“让机器人能够在液态和固态之间切换,赋予了它们更多的功能”

完成这项研究时,潘程枫所在单位为流体动力与机电系统国家重点实验室及卡耐基梅隆大学,后来到了港中文大学做博士后。

在港中文,他还参与了另一种可执行可逆性伸缩变形、弯曲和按需运动的软体机器人研究,这一次则是受水蛭伸缩能力的启发。

这项研究的合作者港中大教授张立,还开发了像漫威“毒液”一样的粘液机器人,如果感兴趣的话,还可以点击这里

论文:
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00693-2

参考链接:
[1]
https://techxplore.com/news/2023-01-person-shaped-robot-liquify-power-magnets.html

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