伍伦贡大学新发现 |“液态金属心跳”面世

  在一项突破性的发现中，伍伦贡大学（UOW）的研究人员在液态金属中创造了一种“心跳”效应，使金属以类似心跳的方式有节奏地跳动。

  这项突破性发现，发表在7月11日出版的《物理评论快报》上。

  研究人员通过电化学刺激一滴液体镓来产生心跳，使其以一种有规律和可预测的方式振荡。镓(Ga)是一种柔软的银色金属，熔点低，在29.7摄氏度以上时变成液体。

  这一发现在人工肌肉、软机器人和“芯片上的实验室”微流体电路中具有潜在的应用前景.Professor Xiaolin Wang是ARC未来低能耗电子技术卓越中心（FLEET）的项目负责人，带领来自澳大利亚创新材料研究所下的UOW超导和电子材料研究所研究团队进行项目。

  Professor Wang说:“通过设计一种特殊的电极，并对液态金属液滴施加电压，我们就能让金属像心脏一样跳动。”

  虽然类似的心跳效应以前也曾在液态汞中产生过，但那是一种难以抑制或控制的不稳定运动。水银还有一个额外的缺点，就是毒性很强。

  相比之下，液态镓是无毒的，能产生一种有规律的运动（频率从每分钟30-100拍不等，取决于重力的影响和液滴的大小），因此它的潜在用途要大得多。 

  Professor Wang说，他对液态金属的研究受到生物系统和科幻小说的启发，其中包括詹姆斯·卡梅隆导演的电影《终结者2:审判日》中的变形液态金属“T-1000”机器人。

  “对我来说，没有什么是虚构的——科幻小说是一个尚未被发现的科学事实。”当我在科幻小说中看到一种效果时，我就会思考我们如何在现实生活中创造这种功能。

  “我不想创造一个终结者机器人，别担心，但是液体机器人的功能在现实世界中是有用的，所以我想在液态金属中发现更多的功能。”

  “来自《终结者2》的液体机器人有两个功能。一个是改变它的形状，然后恢复它。第二种是从软到硬——如果你还记得那一幕，它伸出胳膊变成了一把剑，它从软金属变成了硬金属。”

  “这两个功能已经被发现。中国的一个小组和美国的另一个小组发现了第一个，改变形状然后恢复它，是我在UOW的研究小组发现了第二个现象，通过施加电压从软状态转变为硬状态。”

  “我们还开发了一种方法，可以在不接触液态金属的情况下立即形成任何图案，包括书写。”我最初的想法是在我们的实验室里找到一种复制“麦田怪圈”效果的方法。”

  “现在我们创造了一种液态金属的功能，即使是詹姆斯·卡梅隆也无法想象：如何让它像跳动的心脏一样运动。”

  尽管这篇研究论文关注的是这一突破的基本物理原理——了解液态镓如何以及为什么会以这种方式运行——而不是它的应用，Professor Wang说，它有很多潜在的用途。

  他说:“很多设备都是用软材料制成的。”“软机器人是我们的未来。为了开发软机器人，我们需要一种力量来驱动软组织运动，所以我们很自然地想到软机器人的心脏。”

  “在生物系统中，在人类和动物中，心脏为一切提供动力。因此，金属心跳可以用作泵，作为推动液体通过通道的动力。”

  ISEM研究员、论文作者之一的Dr. DaviCortie说，液态镓心跳的自我调节特性使其成为多种用途的理想选择。

  “心跳的定时是自然发生的，你不需要使用任何复杂的电子设备就能让定时工作，因此自我调节泵是一种可能，” Dr.Cortie说。

  “我们还提出了振荡子。在电子学中，你经常需要一个定时控制，例如一种每秒发送两次脉冲的东西，所以通过类比，这个功能对于微流体电路中的基于流体的定时器是有用的。” 

关于研究

  《物理评论快报》（PhysicalReview Letters）上的《液态镓液滴中电压刺激心跳效应的发现》（Discovery of a voltage-heartbeat effect），作者是ZhenweiYu, Yuchen Chen, Frank F. Yun, Davi Cortie, Lei Jiang, an Xiaolin Wang。

  澳大利亚研究理事会通过ARC Future Fellowship Project和ARC Discovery Project支持这项研究。