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中美研究者開發可“越獄”液態金屬機器人,探索藥物輸送、清除異物

澎湃新聞記者 張靜
2023-01-29 16:06
來源:澎湃新聞
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·研究人員在熔點為29.8℃的金屬鎵中嵌入磁性粒子,創造了“磁活性固液相變機器人”。當暴露在交變磁場中時,磁性粒子會加熱并熔化鎵,磁場引導液態金屬,輕松“越獄”。當冷卻時,鎵會復原其原始的人形形狀。通過加熱和冷卻磁性粒子,液態金屬機器人可在狹窄空間中移動。

·目前微型機器人研究中最有趣的領域之一是臨床應用,但該金屬微型機器人使用的磁性粒子釹鐵硼對人體有毒,這意味著只有在事后將其完全從人體中移除,它才能在臨床上安全用于人體內部。

液態金屬機器人可在液態和固態之間快速切換。機器人熔化成液體后從籠子里滲出,在籠子外變成固體。

1991年科幻電影《終結者2》中的反派角色液態金屬機器人T-1000可在液態和固態之間變形,模仿人類相貌,身體穿越欄桿,局部瞬間變為金屬利器。在現實中,中美高校研究人員正讓機器人以液體形式從籠中“逃脫”,展現機器人科幻般的能力。這種10毫米高的新型機器人可在液態和固態之間快速切換。機器人熔化成液體后從籠子里滲出,在籠子外變成固體。

對于該機器人的研究是金屬微粒研究的一部分,金屬微粒是一種磁活性相變材料,可以改變形狀,快速移動,易于控制,攜帶數倍于自身體重的物體。相關研究日前發表在Cell姊妹刊《Matter》上。

相變是物質從固體、液體、氣體或等離子體等一種狀態轉變為另一種狀態的過程。研究人員在熔點為29.8℃的金屬鎵中嵌入磁性粒子,創造了這種“磁活性固液相變機器人”??▋然仿〈髮W高級研究員、機械工程師、論文通訊作者卡梅爾·馬吉迪(Carmel Majidi)表示,這里的磁性粒子有兩個作用:通過施加外部磁場,機器人可加熱成液體形式或冷卻成固體形式;同樣的磁場也可以用來移動機器人。

據《科學》(Science)報道,當暴露在交變磁場中時,粒子會加熱并熔化鎵,磁場引導液態金屬,輕松“越獄”。當冷卻時,鎵會復原其原始的人形形狀。通過加熱和冷卻磁性粒子,這一液態金屬機器人可在狹窄空間中移動。

但與電影不同的是,這一微型機器人的發明者相信,他們的發現可以用于正途。據《BBC科技聚焦》報道,研究人員已經用這類機器人清除胃模型中的異物,并將其用作藥物輸送系統。他們還用它來修復電路,將其滲透到難以觸及的區域充當焊料和機械螺絲。研究團隊表示,雖然目前還處于概念驗證階段,但該機器人未來可用于生物醫學和工業領域。

另據《華盛頓郵報》報道,論文合著者Chengfeng Pan表示,這種材料可以實現像《終結者2》影片中一樣的性能,包括在固體狀態下的快速移動和重物承載,以及在液體狀態下的形狀變化?!斑@種材料系統有可能應用于柔性電子產品、醫療保健和機器人技術。”但他也表示,影片中的T-1000機器人是完全自主的,“我們的機器人仍然需要一個外部加熱器來熔化,需要外部磁場來控制運動和形狀的變化。”

未參與研究的蘇黎世聯邦理工學院教授布拉德·尼爾森(Brad Nelson)認為,目前微型機器人研究中最有趣的領域之一是臨床應用,特別是將藥物輸送到大腦或治療血栓。但上述金屬微型機器人使用的磁性粒子釹鐵硼對人體有毒,這意味著只有在事后將其完全從人體中移除,它才能在臨床上安全用于人體內部。

    責任編輯:鄭潔
    圖片編輯:陳飛燕
    校對:劉威
    澎湃新聞報料:021-962866
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