液态金属在智能制造领域的突破

Word液态金属在智能制造领域的突破“液态金属”，指的是一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属成形过程及控制，液态金属充型过程的水力学特性及流动情况充型过程对铸件质量的影响很大可能造成的各种缺陷，如冷隔、浇不足、夹杂、气孔、夹砂、粘砂等缺陷，都是在液态金属充型不利的情况下产生的。正确地设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充满型腔，对保证铸件质量起着很重要的作用。

液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。自由电子受到“赝原子”（它由正离子和起屏蔽作用的自由电子云组成）的很弱的势作用。两个正离子间，除了直接的静电排斥势外，还有一种间接的通过自由电子气而相互作用的势，上述两种势的叠加称为原子-原子的有效势φ（r）。理论分析指出：φ（r）在长程内有振荡。人们已建立联系φ（r）和g（r）的积分方程，可以从φ（r）求解g（r），或从g（r）求期φ（r）。用“硬球模型”可很好地阐明液态金属的结构和某些热力学性质。倘若取φ（r）为“硬球势”，并配以合适的硬球直径，同样能得到与实验一致的g（r）。通过傅里叶变换由衍射强度求得的g（r）总有一定误差，人们至今不能肯定或否定熔体φ（r）振荡的存在。

液态金属为可变形材料特别是液体机器的设计和制造迈出了关键性的一步，一定程度上从理论和技术的层面论证了实现液态金属机器人的可能性；事实上，该研究已打开了系列已趋现实的应用范畴，如制造柔性执行器，控制目标流体或传感器的定向运动、金属液体回收，以及用作微流体阀、泵或更多人工机器等。若采用空间架构的电极控制，还可望将这种智能液态金属单元扩展到三维，以组装出具有特殊造型和可编程能力的仿生物或人形机器；甚至，在外太空探索中的微重力或无重力环境下，也可发展对应的机器来执行相应任务。

在迄今所发展的各种柔性机器中，自主型液态金属机器所表现出的变形能力、运转速度与寿命水平等均较为罕见，这为其平添了诸多重要用途。作为具体应用器件之一，还特别展示了首个无需外界电力的液态金属泵，通过将其限定于阀座内，可达到自行旋转并泵送流体的目的，据此可快速制造出大量微泵，满足诸如药液、阵列式微流体的输运等，成本极低;若将此类柔型泵用作降温，还可实现高度集成化的微芯片冷却器;进一步的应用可发展成血管或腔道机器人甚至是可自我组装的液态金属智能机器等。

自驱动液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念，将显著提速柔性智能机器的研制进程。当前，全球围绕先进机器人的研发活动正处于如火如荼的阶段，若能充分发挥液态金属所展示出的各种巨大潜力，并结合相关技术，将引发诸多超越传统的机器变革。

近日中科院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组，在海外学术杂志上发表了一篇有关可变形液态金属机器的研究论文，迅速被全球多个知名科学杂志或网站专题报道，引起了热烈反响。

这种液态金属机器完全摆脱了庞杂的外部电力系统，从而向研制自主独立的柔性机器迈出了关键的一步。

研究揭示，置于电解液中的镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量，实现高速、高效的长时运转，一小片铝即可驱动直径约5mm的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度高达每秒5厘米。

这种柔性机器既可在自由空间运动，又能于各种结构槽道中蜿蜒前行;令人惊讶的是，它还可随沿程槽道的宽窄自行作出变形调整，遇到拐弯时则有所停顿，好似略作思索后继续行进，整个过程仿佛科幻电影中的终结者机器人现身一般。

该研究为世界上首次发现一种异常独特的现象和机制，即液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动，从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。

业内人士认为，自驱动液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念，将显著提速柔性智能机器的研制进程。当前，全球围绕先进机器人的研发活动正处于如火如荼的阶段，若