探索：液态金属柔性机器和执行器的应用前景

经过近二十年的努力，中国团队已取得一系列有显著科学意义的基础发现，为认识液态金属的物质属性做出诸多开创性贡献，催生出不少前沿探索方向，为研制全新一代的液态金属柔性机器乃至机器人奠定了技术基础。一些典型工作包括开启了室温液态金属可控变形效应研究，首次揭开外场（电、磁、化学、力、热场）下溶液中液态金属可在不同形态和运动模式间发生转换基础现象，如大尺度变形、自旋、射流、自由塑形、褶皱波效应、多孔膨胀效应等，改变了业界对经典材料、流体、软物质及刚体机器的既有认识，被认为观念性突破和重大发现，“预示着柔性机器人新纪元”（图6.1）。开创性发现液态金属自驱动效应，产生重大国际影响，论文的影响力指数在《先进材料》以往发表的全部论文中位列第一，也为该刊当年下载次数最多的论文，同时入选两院院士评选中国十大科技进展。进而发现液态金属微马达过渡态机器效应、电场加速效应、磁陷阱效应、宏观布朗运动模式、纳米颗粒驱动及示踪液态金属流动效应、液态金属蛇形分散效应等。在固液组合机器效应方面，首次发现浸润于液态金属中的金属丝发生周期性自激振荡的效应，以及金属颗粒触发型液态金属跳跃现象、液态金属胞吞效应、液态金属焊接纳米颗粒效应等，革新了经典界面认识。相应发现被Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、Discover、Phys.org、Chemistry World等广泛评介。

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图6.1　液态金属机器人研究成果及国际评述

液态金属柔性机器的研制和产业化推进当前处于起动阶段，蕴藏着巨大发展机遇和空间。由液态金属引发的新一代柔性可控变形单元，可望用于构建各类全新概念的先进机器人技术，在民用乃至国防安全（如可重构天线、可重构飞行器、液态金属外骨骼）等方面将大大有助于开启前所未有的应用空间。本章主要探讨液态金属柔性机器及执行器相关领域的未来产业布局。