刘静:液态金属将是变革未来机器人的核心引擎

作者:刘志远 刊名:科技导报 上传者:张万生
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【摘要】刘静,清华大学医学院教授,中国科学院理化技术研究所特聘研究员,威廉·伯格奖获得者,长期致力于工程热物理与液态金属、医疗健康、电子信息及能源技术领域的交叉问题研究,并取得系列开创性成果,相应工作在学术界和工业界有着深远的影响。2015年10月12日,以"未来机器人:展望与科学挑战"为主题的"双清论坛"在哈尔滨举行,此次会议由国家自然科学基金委员会主办,哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室承办。刘静的本行虽然不在机器人领域,但因为他在液态金属机器方面的研究成

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刘静,清华大学医学院教授,中国科学院理化技术研究所特聘研究员,威廉·伯格奖获得者,长期致力于工程热物理与液态金属、医疗健康、电子信息及能源技术领域的交叉问题研究,并取得系列开创性成果,相应工作在学术界和工业界有着深远的影响。 2015年10月12日,以“未来机器人:展望与科学挑战”为主题的“双清论坛”在哈尔滨举行,此次会议由国家自然科学基金委员会主办,哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室承办。刘静的本行虽然不在机器人领域,但因为他在液态金属机器方面的研究成果而受邀参加此次论坛。他的报告“液态金属可变形柔性智能机器及其异力学效应”引起了与会专家的热烈讨论,研究机器人的专家们认为“液态金属机器”将是未来机器人的发展方向之一。液态金属为研制柔性可变形智能机器人打开了全新视野和观念,其可在各种形态之间发生转换的现象,打开了柔性机器人的新时代。可用作柔性机器人的传感器,搭配柔性可穿戴机器人多自由度、无刚性结构,从而实现了与生物机体运动的高度契合,也因其具有较高的顺应性以及低熔点金属的液-固相转换机制,在人工肌肉和骨骼方面有很好的应用。也许因为液态金属的介入,未来的机器人不再是冰冷、刚性的躯体,电影《终结者2》中的T-1000有可能得以实现。人类关于“T-1000”的科学幻想真的有可能变为现实吗?液态金属特殊性质的发现会给机器人研究领域带来怎样的变革?带着对液态金属机器人的好奇,《科技导报》专访了清华大学医学院教授、中国科学院理化技术研究所特聘研究员刘静。可分身、变形、自主运动的液态金属机器液态金属这个几乎被全世界遗忘的领域,刘静最初是在2001年前后开始思考将其用于解决计算机芯片冷却的问题。十多年来,从概念、发生机制到应用一路研究走来,取得了众多突破性成果,走在了世界前列。作为国际室温液态金属领域的先行者和拓荒者,刘静带领团队先后开辟出多个重大科技前沿和应用领域,如:液态金属芯片冷却与能量捕获、液态金属印刷电子学与室温3D金属打印、液态金属生物材料学与液态金属柔性智能机器学等,走出了一条完全不同于前人的创新之路,形成了全面技术突破。而对于液态金属所特有的属性,是近年来该团队重点研究的重点。“液态金属因为呈液态,在实验室操作时很难控制,很多情况下实验会失败,但是往往又会有一些新的现象被发现”。当被问及如何发现液态金属的变形现象时,刘静抑制不住当时取得突破时的兴奋,解释道“安排学生做神经连接实验,用电极刺激神经时,结果发生偏差,当电极触碰到液态金属时,原本静止的液态金属发生了奇妙的自旋现象,这让我仔细思索并设计了液态金属在不同形态之间发生转换的系列基础性电控实验,之后的大量探索证明果然如此”。类似的情形还有不少,往往就是一个实验的偏离,却因此发现了镓基液态合金的不可思议的变形特性。循着这一蛛丝马迹开始深入研究,刘静继而发现了液态金属还具有一系列的“分身”和“自组装”能力。当两个运动中的液态金属碰到一起的时候,它们会合为一体;而将一个较大的“液态金属”撕裂分开,它们就会相伴而行;如此种种。这些工作在国际上引发广泛热议,随后更是发现了轰动全球的液态金属机器自驱动机制。能“吃”会“跑”的运动机制液态金属“吞食”食物,可自主运行的机制在于,液态金属将铝腐蚀,剥掉了一部分铝表面的氧化铝层,露出了未被氧化的铝。于是,浸在低浓度氢氧化 钠、盐酸乃至中性生理盐水等电解溶液中的镓铟合金和铝,就在镓铟合金里产生了内生电场。反应改变了液态金属的表面张力,从而成为推动金属珠前进的主要动力。同时电化学反应产生的氢气,形成了微小的气泡,成为金属珠移动的辅助动力。吞食运动的过程

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