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中美研究者开发可“越狱”液态金属机器人,探索药物输送、清除异物-世界热消息

2023-01-29 18:57:39 澎湃新闻


(相关资料图)

·研究人员在熔点为29.8℃的金属镓中嵌入磁性粒子,创造了“磁活性固液相变机器人”。当暴露在交变磁场中时,磁性粒子会加热并熔化镓,磁场引导液态金属,轻松“越狱”。当冷却时,镓会复原其原始的人形形状。通过加热和冷却磁性粒子,液态金属机器人可在狭窄空间中移动。

·目前微型机器人研究中最有趣的领域之一是临床应用,但该金属微型机器人使用的磁性粒子钕铁硼对人体有毒,这意味着只有在事后将其完全从人体中移除,它才能在临床上安全用于人体内部。

1991年科幻电影《终结者2》中的反派角色液态金属机器人T-1000可在液态和固态之间变形,模仿人类相貌,身体穿越栏杆,局部瞬间变为金属利器。在现实中,中美高校研究人员正让机器人以液体形式从笼中“逃脱”,展现机器人科幻般的能力。这种10毫米高的新型机器人可在液态和固态之间快速切换。机器人熔化成液体后从笼子里渗出,在笼子外变成固体。

对于该机器人的研究是金属微粒研究的一部分,金属微粒是一种磁活性相变材料,可以改变形状,快速移动,易于控制,携带数倍于自身体重的物体。相关研究日前发表在Cell姊妹刊《Matter》上。

相变是物质从固体、液体、气体或等离子体等一种状态转变为另一种状态的过程。研究人员在熔点为29.8℃的金属镓中嵌入磁性粒子,创造了这种“磁活性固液相变机器人”。卡内基梅隆大学高级研究员、机械工程师、论文通讯作者卡梅尔·马吉迪(Carmel Majidi)表示,这里的磁性粒子有两个作用:通过施加外部磁场,机器人可加热成液体形式或冷却成固体形式;同样的磁场也可以用来移动机器人。

据《科学》(Science)报道,当暴露在交变磁场中时,粒子会加热并熔化镓,磁场引导液态金属,轻松“越狱”。当冷却时,镓会复原其原始的人形形状。通过加热和冷却磁性粒子,这一液态金属机器人可在狭窄空间中移动。

但与电影不同的是,这一微型机器人的发明者相信,他们的发现可以用于正途。据《BBC科技聚焦》报道,研究人员已经用这类机器人清除胃模型中的异物,并将其用作药物输送系统。他们还用它来修复电路,将其渗透到难以触及的区域充当焊料和机械螺丝。研究团队表示,虽然目前还处于概念验证阶段,但该机器人未来可用于生物医学和工业领域。

另据《华盛顿邮报》报道,论文合著者Chengfeng Pan表示,这种材料可以实现像《终结者2》影片中一样的性能,包括在固体状态下的快速移动和重物承载,以及在液体状态下的形状变化。“这种材料系统有可能应用于柔性电子产品、医疗保健和机器人技术。”但他也表示,影片中的T-1000机器人是完全自主的,“我们的机器人仍然需要一个外部加热器来熔化,需要外部磁场来控制运动和形状的变化。”

未参与研究的苏黎世联邦理工学院教授布拉德·尼尔森(Brad Nelson)认为,目前微型机器人研究中最有趣的领域之一是临床应用,特别是将药物输送到大脑或治疗血栓。但上述金属微型机器人使用的磁性粒子钕铁硼对人体有毒,这意味着只有在事后将其完全从人体中移除,它才能在临床上安全用于人体内部。

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