液态金属机器自驱动的分离与融合效应

Zhang等证实了自驱动柔性液态金属车辆之间可发生自主融合与分离的效应［6］，展示了在轨（槽）道上独立运行的液态金属机器在相遇过程中自动融合实现无缝连接的能力。这种合成的柔性机器以铝片为燃料，可在内含NaOH溶液的环形无盖槽道中如同不断前进的车辆一样自主运动。试验发现，如果将大的液态金属车辆分割成几个小的独立运行车辆时，则每个小车辆均可沿原来轨道保持运动状态并相互追逐（图14.23）；如果分离的多个车辆的体积相差不大且在槽道中均处于被挤压状态时，则车辆会以同步振荡方式协同前进［6］；否则，这种自主运动就不再同步，且彼此间距离会逐渐缩小；若各自的体积相差较大，且较小车辆在槽道中并未受到挤压时，那么行驶快的车辆有可能追上行驶较慢者，从而发生相互碰撞而实现完全无缝的连接融合。由于液态金属的流动性及高表面张力，在无缝融合后，液态金属的表面积减小，使得其表面能降低。减少的表面能会部分转化为动能，在一段时间内加快液态金属的运动。因此，合并后自组装成的车辆可随着速度的变化而发生变形。

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图14.23　轨道上运行的液态金属车辆相互追逐、碰撞及融合情形［6］

传统上，由刚性材料制成的运动机器，甚至是自然界中的生物体，一般均不具备自动融合或分离的能力。可自动组装的机器，一般需在设计机器时就将其加以模块化。一旦需要执行各模块间的组装合并时，往往需借助人为手动来实现拼接；而要将大块机器分散为独立的小机器运行时，则需要对每个模块单独提供动力，以确保其运动功能。无疑，这样的系统会显得复杂且不够自主。可自动组装并能随意变形的机器会为此提供新的关键突破口。从材料学观点看，该项发现会对未来的智能材料设计，以及流体力学及软物质研究起到一定的启示作用；从机器发展的角度看，该研究揭示了实现大体积自驱动液态金属机器的可行性，有助于推动柔性执行机构的研究；此外，这项工作也为未来构建可自行组装重构的智能机器人提供了新的契机。