首個自驅動可變形液態金屬機器：終結者來了么

　　世界首個自驅動可變形液態金屬機器問世，意味著中國在液態金屬領域達到世界領先水平。

　　3月26日，在不到10平方米的辦公室內，電話鈴聲此起彼伏。看到記者走進來，劉靜臉上有略帶歉意的笑容，“對不起，這兩天事情特別多”。

　　是的，因為制作出世界首個自主運動的可變形液態金屬機器，劉靜“火”了。

　　不久前，由劉靜帶領的中科院理化技術研究所、清華大學醫學院聯合研究小組在《先進材料》上發表了題為《仿生型自驅動液態金屬軟體動物》的論文。隨后，論文迅速被數十個科學雜志或專業網站報道，引起不小的國際反響。

　　依靠吞食小小的鋁片，一臺液態金屬機器可以自主運動達1個小時左右。它還會拐彎，可變形，儼然有生命一般。

　　這一成果不禁讓人想起好萊塢電影《終結者》中的T-1000，因此，也被外媒形容為制造出“終結者”。

　　這一成果的取得，意味著中國在液態金屬領域達到世界領先水平。但是，研究過程也絕非一帆風順——資金匱乏仍堅持研究、自由探索下的偶然發現……令世人震驚的發現背后，有著太多意想不到的故事。

領先世界的重大發現

　　在學生們看來，劉靜是一位不給學生設置框架，鼓勵自由探索、自由試驗的老師。他總是鼓勵學生，應該再大膽一點，再多試驗幾次。

　　就是在這樣的氛圍中，促成了世界首臺自主運動的可變形液態金屬機器的問世。一次試驗中，一名學生在不經意間，將鋁片觸動了液態金屬球。這時，神奇的一幕發生了：沒有通電的金屬球將鋁片“咬”了進去，隨后在電解液中動了起來。

　　劉靜介紹，經過后續的大量試驗發現，一小片鋁即可驅動直徑約5毫米的液態金屬球實現長達1個多小時的持續運動，每秒速度高達5厘米。這種柔性機器既可在自由空間運動，又能于各種結構槽道中蜿蜒前行。令人驚訝的是，它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調整，遇到拐彎時則有所停頓，如同生命體在思考一樣，隨后繼續行進，甚至可以“擠”過狹小的縫隙。

　　自驅動、柔性、可變形是液態金屬機器的三大特點。科研人員認為，這種液態金屬機器的習性已相當接近自然界一些簡單的軟體生物，因為它能“吃”食物（燃料），可以自主運動，還可以變形，具備一定代謝功能（化學反應），因此將其命名為“液態金屬軟體動物”。

　　這種液態金屬機器完全擺脫了龐雜的外部電力系統，從而向研制自主獨立的柔性機器邁出了關鍵的一步。

　　也正因此，這一發現獲得國際業界的高度評價。《自然》雜志在其研究亮點欄目以《液態金屬馬達靠自身運動》為題進行了報道；《科學》雜志也在網站發布觀察文章和視頻：“可變形金屬馬達擁有一系列用途”。許多國際知名雜志和專業網站發表評論稱：“真實的終結者1000液態金屬馬達誕生了，而且他們由中國制造。”

　　“在液態金屬研究方面，中國走在世界的前列。”劉靜不無自豪地說。

　　中科院院長白春禮在得知劉靜團隊取得的成果消息后，就在第一時間到訪了理化技術研究所，并深入實驗室了解有關工作，對劉靜團隊多年來堅持自主創新的精神和取得的成果給予高度肯定。

十余年積淀的突破

　　盡管早在1999年，時年30歲的劉靜就被中科院理化所作為“百人計劃”引進所里，后來還擔任低溫生物醫學工程學北京市重點實驗室主任，可謂年輕有為。但這一次，前來要求采訪或者交流的邀約的數量，顯然超過了他的想象。

　　“任何科研成果的取得，都不會是一蹴而就的，均有一定邏輯規律在內，基礎研究尤其是這樣。沒有長時間的積淀和坐冷板凳，我們不可能有今天的成果。”劉靜坦言，早在本世紀初，他們就一直潛心于液態金屬的研究。盡管在很長的時間內，這一領域在國際上并非熱點，但實驗室始終選擇堅守。液態金屬芯片冷卻、印刷電子、3D金屬打印、生物材料等一系列首創性工作得以啟動。

　　劉靜帶領的團隊，不斷探索著液態金屬的各種特性和用途。

　　終于，科學研究散發了它本來的魅力，給劉靜及其小組帶來了意外之喜——2013年初，世界首臺電控的可變型液態金屬機器在實驗室誕生。

　　在進行一次偶然的試驗時，劉靜團隊發現浸沒于水中的液態金屬對象，可以在幾個伏特的低電壓作用下呈現出大尺度變形、自旋、定向運動。較為獨特的是，一塊很大的金屬液膜可在數秒內即收縮為單顆金屬液球，變形過程十分快速，而表面積改變幅度可高達上千倍。此外，在外電場作用下，大量彼此分離的金屬液球可發生相互合并，直至融合成單一的液態金屬球。

　　“科學探索就是這樣，你永遠不知道下一步會發生什么。但是，在這之前，研究者需要足夠的積累和不斷等待。”劉靜說。

亟須國家重視與扶持

　　雖然實驗室成果受到國內外矚目，但劉靜依然不無憂心。

　　他一直對自己的研究方向很有信心。在自然界，實現能在不同形態之間自由轉換的可變形柔性機器，是科學界與工程界長久以來的夢想。在生物醫用、抗震救災等民用、醫療、科學探索乃至國防安全中，都極具重大理論意義和應用前景。

　　目前，劉靜小組已經設計出無須外界電力的液態金屬泵，通過將其限定于閥座內，可達到自行旋轉并泵送流體的目的，據此可快速制造出大量微泵，滿足諸如藥液、陣列式微流體芯片散熱器中流體的輸運等，成本極低。進一步的應用，可發展成血管或腔道機器人，甚至是可自我組裝的液態金屬智能機器。

　　真正令他擔心的，是人才儲備和基礎設施的不足以及國家尚對于液態金屬這一戰略新興領域重要意義的認識不夠。

　　“前些年國際上并不熱，我們在申請國家縱向課題時很困難。”劉靜坦言，這些年實驗室在液態金屬方面的研究經費主要來自企業界，還有中科院和清華大學的少量資助，來自國家層面的經費很少。

　　作為一大類新興的功能材料，液態金屬為若干科學與技術探索提供了豐富的研究空間。但遺憾的是，到目前為止，國人并未對液態金屬有太多的重視，“連一個稍顯規模的研發中心都沒有。”劉靜說。

　　相比之下，美國、澳大利亞和歐洲等地的知名實驗室都獲得大量資助，不斷發布論文，也陸續有成果問世。劉靜認為，液態金屬的全球研發正處于如火如荼的階段，若能充分發揮其獨特價值和巨大潛力，并結合相關技術，將引發諸多超越傳統的機器變革。作為一個前途無限的研究領域，國家有關部門亟須給予必要的支持。

　　那么，電影中的“終結者”何時能夠問世？

　　劉靜坦言，目前“液態金屬機器”和“終結者”仍存在很大距離。實驗室前期實現的這種自主運動型液態金屬機器只有數厘米大小，體積還遠沒有普通機器人那么大，也沒有那么智能。

　　劉靜指出，未來通過封裝的方式，給液態金屬機器穿上“鎧甲”或“皮膚”，并賦予相應功能，或許“終結者”并非那么遙不可及。

　　“最近，在液態金屬機器研究上，實驗室又獲得新的發現和認識，將陸續有成果問世。未來，我們會在這條道路上不斷探索下去。”劉靜最后表示。