液态金属阿米巴变形虫效应的研究

在自然界中，阿米巴是一类生长在水中，可任意改变身体形状的真核生物。由于其特殊的细胞结构，阿米巴身体表面可生出无定型的指状、叶状或针状的突起，称为“伪足”，身体也借此而移动。身体的形状轮廓也会随着伪足的伸缩而出现变化。此类行为采用人工方法很难模拟。然而，借助液态金属，仍然可以实现。在液态环境中，笔者实验室Hu等［12，13］，观察到了液态金属液滴的阿米巴效应。其中，将含有铝颗粒的液态金属液滴置于碱性环境中的石墨板上，圆形液滴状的液态金属随机发生扭转变形，甚至延伸出一条或多条“伪足”，其形态与自然界中的阿米巴存在惊人的相似性（图14.33），因此研究者将其命名为液态金属阿米巴效应。(www.xing528.com)

在这个有趣的现象背后，液态金属机器的表面张力变化是主要的驱动原因［12，13］。在碱性环境中，液态金属与石墨接触，由于表面电荷差异，液态金属会被石墨氧化，表面形成氧化膜，表面张力继而降低。而铝在电解质中反应，会还原和溶解液态金属表面的氧化膜，增加表面张力。由于铝漂浮在液态金属顶部，而石墨位于液态金属底部，因此在液态金属表面形成表面张力梯度，在液态金属外部和内部形成环流。而内部液态金属由于重力和表面张力的联合作用，会从表面张力低的部位冲出来，由此形成“伪足”。液态金属由于表面不均衡的表面张力推动，也能进行移动，由此在形态变化上产生了和阿米巴相似的现象。这个发现，对于设计自主驱动的软体机器人具有重要启示和现实意义。