加入时间:2024-01-16 18:36 访问量:2104 信息来源: 海外文摘 2024年1期
固液变形机器人已经跳出科幻作品,走进现实。
《物质》杂志刊登的报告显示,在“磁控固液相变材料”实验中,微型机器人从固态变为液态,穿过狭窄通道,然后重新凝固——科幻电影中的情节,终成现实。
多年来,科学家们一直在研发软体机器人。大多数软体机器人由具有伸缩性的固体材料制成,无法通过狭小空间;而由磁性液体制成的机器人虽具有流动性,却没有承载重物的能力。
研究人员从大自然中找到灵感,将以上两种方法融为一体。“比如,海参可以迅速改变身体的硬度,而且这种变化是可逆的。”卡内基–梅隆大学的机械工程师卡梅尔·马吉迪说,“工程师所面临的挑战是,如何用软材料模拟这一点。”
因此,研究小组把目光转向了镓——一种在30摄氏度左右会熔为液体的金属。至于固态金属的加热方式,研究人员没有使用加热器,而是选择了高频交变磁场,利用电流升温使镓熔化。冷却后,这种材料会重新凝固。
研究人员将磁性颗粒混入镓中,用于外部引导。在固体状态下,磁性颗粒拖动镓的速度可以达到每秒钟1.5米。经过处理的材料可以承载自身重量1万倍的重物。
液体状态下的材料也能够被操控,以实现拉伸、分裂、合并,但会更具有挑战性。由于未被固定的磁性颗粒能自由旋转,磁极方向不一致,磁场作用下的液体材料会向不同方向移动。
研究小组在不同场景中测试了这种策略。在类似电影《终结者》情节的演示中,小机器人液化从栅栏内逃出,并在栅栏外恢复成原来的固态模样。
在更实用的场景中,进入胃模型的微型机器人找到异物小球,微熔化,用自己把异物包裹住,固化,然后将其从胃中取出来。在生物医学方面的应用中,还需要在镓中添加一些其他金属,比如铋和锡,以提高材料的熔点。不过,在外部对人体内的机器人进行精准控制仍是一个巨大挑战。
这种机器人能够将电子元器件推至难以操作的空间内,通过固液变化进行焊接,从而修复电路。此外,机器人自身还可变形为万能螺钉。
“这是一种引人注目的工具。”哈佛大学的机器人工程师尼古拉斯·比拉说。比拉没有参与这项研究,但他指出,研究软体机器人的科学家们正在不断开发新材料,而不同新材料的结合可能正是未来创新的基础。