科技新知｜科学家达成突破　机械人可改变形状　液化后再恢复原形

科学家们在机械人学上达成突破：一个会改变形状的机械人，能够在液态与金属态间转换，以探索棘手的环境，而不用在强度上妥协。

固液转换自如

对于能够到达那些太小或太曲折，以至于人们用传统工具无法到达地方的小型机械人而言，它们有许多潜在的运用方法。但是，硬的材料并不是在局限空间或是狭窄角度中通行的最佳选择，而软的、更弹性的机械人通常很弱且难以控制。

▼▼▼机械人学上达成突破！！▼▼▼

由于这种小型的、从海参所启发的机械人既可以是软的，也可以是硬的，它们可以克服只能是硬的或是软的机械人的限制，也因此具有潜力能够在例如电子组装、甚至是医学等领域上更具应用力。

研究人员们让机械人导览过障碍通道、将物体从人类肠胃模型中移除或传递进去、以及甚至液化来从笼子中逃脱，之后再重新变回它原本的人形机械人模样。

中国香港中文大学（The Chinese University of Hong Kong）的工程师潘程枫博士说：“给予机械人在液态与固态间的转换能力，这赋予它们更多的功能。”

设计灵感与材料选择

为了找到一个平衡，由潘博士与中国中山大学（Sun Yat-sen University）的王清元（Qingyuan Wang，音译）转向了大自然作为灵感来源。像是海参等的动物可以改变它们组织的刚性，来改善负重能力及限制物理损伤，而章鱼可以改变它们触手的硬度，来伪装、操作物体、以及移动。

为了设计出一个可以做类似事情的机械人，研究人员需要一种非毒性的材料，可以轻易地在周围温度下，转换于软与硬的状态间。他们选择了镓，一种软的金属，在常压之下熔点为摄氏 29.76 度，仅仅比人体平均温度低了几度。你只需将镓放在手中就能熔化它。

研究团队论文的资深作者之一，卡内基美隆大学（Carnegie Mellon University）的机械工程师卡梅尔·马希帝教授（Carmel Majidi）说：“这里的磁性粒子有两种角色。其中一种是让材料对交流磁场产生反应，所以你可以透过感应（induction）来加热材料，并产生相转变。但是磁性粒子也带给机械人机动性、以及回应磁场而移动的能力。”

进行测试

在测试看看从固体转换到液体的这个过程是否可逆后（结果是可以的），研究人员对这些小机械人进行了一系列的测试。机械人可以跳过小护城河、攀过障碍、甚至分开进行合作任务来搬运物体，之后再重新结合与重新固化。

它们甚至还有一个小型的人形机械人版本，形状像是乐高，借由熔化后渗透过柱子，然后在另外一侧重新成形，来逃离一个小型监狱房间，向电影“未来战士 2”（Terminator 2）的一幕致敬。

接下来，研究团队调查了实际的应用。他们创造了一个人类肠胃的模型，并让机械人吞噬并移除含在内的一个小物体。想像这是一个有用的方法来取出吞下的电池。接著，他们再让机械人进行反过来的任务，以研究团队希望可能递送药物的方式来传递物体。

针对修理线路而言，机械人可以通行至线路并熔化在上头，用作导体与焊接；甚至，它们可以作为紧固件，渗入螺纹螺丝孔中并固化，可以执行螺丝的功能，而不需要有人将其固定于位子上。

未来研究方向

在真实世界的应用上，这个能够相转变的机械会需要进行些调整。比方说，因为人体温度比纯镓的熔点来的高，设计用在生医用途上的机械人可能会是以镓为基础的合金，这能够提高熔点，同时维持功能性。而研究人员说，那部分还未详细地研究。

马希帝教授说：“未来的研究应该需要进一步探索这些机械人如何被用于生医背景下。我们现在所展示的只是一次性演示与概念验证，但是还会需要更多的研究，来钻研这些机械人实际上可以如何被用于药物传递以及移除外来物体上。”

参考资料：

Starr, M., (2023, January 26). Scientists Create Shapeshifting Humanoid Robot That Can Liquefy and Reform. ScienceAlert

Wang, Q. et al., (2023, January 25). Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter. Matter. https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.003

图片来源：https://www.sciencealert.com/scientists-create-shapeshifting-humanoid-robot-that-can-liquefy-and-reform（图：Wang et al., Matter, 2023）

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