小机器人从固态变为液态，在磁场的引导下成功穿过了“牢笼”，并通过放置在栏杆外的模具重新凝固，成功“越狱”。
这种科幻电影《终结者》中的情节，出现在中美科学家联合提出“磁控固—液相变材料”的实验中。这一新材料在交变磁场的作用下对固态的金属加热，使之变成液态，随后通过冷却再由液态转为固态。该研究由中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室、浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室和卡耐基梅隆大学软体机器人实验室合作完成，相关论文日前发表至国际期刊《细胞》（Cell）旗下的子刊《物质》（Matter）。
灵感源自《终结者》和海参
(资料图片)
“我们研究的灵感来源于两个方面：电影《终结者》和动物海参。”论文的通讯作者之一、中山大学教授蒋乐伦告诉科普时报记者，《终结者》中的液态金属机器人的手，可以在固液切换后，变成一把刀，机器人还可以变成液态后越狱。而海参是非常有趣的动物，它通过改变富含蛋白的原纤维间基质的硬度，来改变体壁外形。
基于此，团队提出了磁控的固态和液态相互切换相变材料。这一材料不仅具有固态金属的硬度与承载力，还有液态金属的形变能力。
蒋乐伦说，科研工作者在进行一些原创性的工作时，需要一些灵感。“很多科幻片与科幻小说中，有非常有趣、天马行空的创意与想法，能够给科研工作带来灵感。”
固液转换“信手拈来”
液态金属一般是低熔点的金属。据蒋乐伦介绍，液态金属在30摄氏度以上是液体，而30摄氏度以下是固体，这与人类生存的温度相符。
为了充分利用液态金属在特定条件下固—液切换的特性，研究团队将磁性颗粒混合融入液态金属——镓中。通过高频的磁场加热，该金属会由原先的固态转变为液态。转变为液态后，又可以通过半导体制冷（珀耳帖效应）或者自然冷却来对金属进行降温，从而使之由液态变为固体。
此外，加入磁性颗粒后，施加的外部磁场还可以引导液态金属移动和转动、变形等。
据了解，这一磁控的固—液相变材料，在固态时有较高的刚度，而在液态下可以像水一样，融合了固态与液态情况下金属的优势。
在研究过程中，从如何让金属快速冷却，到如何使材料具有生物相容性，以此拓展材料的应用场景，团队遇到了很多挑战。“最终通过配方的不断调整、细化，我们实现了较快的冷却，也有望未来在人体中应用。”蒋乐伦说。
新材料应用前景广泛
据蒋乐伦介绍，磁控固—液相变材料在未来有三个方面的应用。
“一是电子电路的修复。”蒋乐伦说，在磁场环境下，相变机器人可推动电子元器件到封闭不可操作的空间，通过加热之后由固态变成液态，来焊接这些电子元器件，从而修复电路。
二是零部件的组装。固态机器人由磁场引导，抵达至损坏的位置，通过交变磁场加热液化变形为万能的螺钉，之后对两个零部件进行固定，完成零部件的组装。
三是生物医学上的应用。“例如，儿童吃了一些异物之后，我们可以通过磁控固液相变材料，液化后抓取，固化后将异物提取出来。”蒋乐伦说，“此外，这种相变材料还可以在固态下封装药物，液化后定点可控释放药物。”
