3 марта 2015 года на сайте журнала Advanced Materials была опубликована статья, описывающая создание первой самодвижущейся системы из жидкого металла. Один из авторов этого исследования, профессор Цзин Лю из Университета Цинхуа, прокомментировал результаты работы для англоязычного издания ИД «ПостНаука» Serious Science.

Что произошло

Научное сообщество в течение долгого времени лелеяло мечту о том, чтобы создать машину, которая бы потребляла «еду» и свободно перемещалась, пока вся «еда» не будет переработана. Однако разработка самодвижущегося устройства больших размеров представляла до сих пор трудновыполнимую задачу. В данном исследовании впервые представлен фундаментальный метод создания гибкой машины миллиметрового или сантиметрового размера из жидкого металла с собственным питанием, которая может самопроизвольно и быстро перемещаться в различных водных растворах и структурированных каналах с довольно впечатляющей скоростью — около 5 сантиметров в секунду.

Удивительным результатом здесь является то, что подобное автономное движение может происходить в течение очень длительного времени — более часа при потреблении всего одной хлопьевидной частицы алюминия в качестве «еды» или топлива, при этом нет нужды во внешнем воздействии или неэффективной системе электропитания. Еще более любопытно то, что гибкость жидкого металла позволяет создать «моллюска» с высокоадаптивной формой, который может самостоятельно деформироваться, подстраиваясь под геометрию той среды, в которой он движется. Эти черты очень напоминают поведение живых организмов в природе и могут позволить разработанной машине выполнять сложные задачи в недалеком будущем.

Рекомендуем по этой теме:
Видео
12240 4
Новая химия под высоким давлением

Сфера потенциальных применений подобных биомиметичных «моллюсков» выглядит разнообразной.

Полученные результаты углубляют наше понимание материалов, механики жидкостей, энергии и робототехники. Это открывает новые возможности для создания в будущем динамично перестраиваемых мягкотелых роботов с развитым искусственным интеллектом. Так как подобная машина способна самостоятельно передвигаться, «есть» алюминий и обладает метаболизмом в виде реакций в гальванической ячейке, прямо как насекомое, червь или настоящий моллюск, то ее создание поднимает такие серьезные вопросы, как «Что можно считать жизнью?». Становится понятно, что такие любопытные проблемы требуют дальнейших разъяснений в будущем.

Предыстория

Если говорить об исследованиях жидкого металла, то нашей группе повезло — у нас 14-летняя история изучения этой области. Самая ранняя работа может быть датирована 2001 годом. В дальнейшем наша научная деятельность привела к появлению серии новаторских работ по охлаждению чипов, печатаемой электронике, 3D-печати и биотехнологиям. Представленный «моллюск» из жидкого металла — неожиданный результат в этой серии непрерывных исследований.

В частности, стоит упомянуть, что в 2013 году мы обнаружили группу очень необычных явлений, которые привели нас к концепции морфологии трансформирующегося жидкого металла. В ходе наблюдений обнаружилось, что в условиях определенного электрического поля жидкий металл или другие подобные ему сплавы демонстрируют заметно различающийся потенциал к трансформации вроде превращения тонкой пленки в сферу, текущую в сторону небольшой выемки, канала или мостика, слияния отдельных металлических капель, генерации самовращения, перемещения сферы по плоскости, стимуляции вихреобразований в различных водных растворах. Подобные фундаментальные открытия позволяют продвинуться в деле создания мягкотелого робота из жидкого металла.

Поскольку мы также исследовали эрозийную стойкость между жидким металлом галлием и алюминием, мы пришли к выводу, что движущим механизмом этого автономного «двигателя» может быть реакция в гальванической ячейке между подходящими металлами и окружающим их электролитом. Выделяемые при этом электроэнергия и водородный газ совместно приводят в движение «мотор» из жидкого металла. Таким образом, был предложен универсальный метод создания автономно перемещающегося устройства из жидкого металла.

Перспективы

Автономный в плане питания «моллюск» из жидкого металла поднимает множество научных и прикладных вопросов для ученых и инженеров в различных областях — в частности, в материаловедении, физике, химии, механике, гидродинамике и так далее. Становится ясно, что с множеством физических и химических проявлений жидких, тепловых, электрических, механических свойств жидкий металл может быть описан как «один материал — различные возможности». Это подразумевает множество возможных применений. На данном этапе, учитывая большее количество тестов самого материала, включая износостойкость, биосовместимость, безопасность и так далее, автономно питаемый «мотор» из жидкого металла должен продемонстрировать свои преимущества в области создания «умных» устройств вроде крошечных двигателей, контейнеров или систем доставки, трубопроводов, жидкостных насосов и, возможно, даже простых роботов для перемещения по кровеносным сосудам и так далее.

Рекомендуем по этой теме:
Видео
3765 0
Классификация мобильных роботов

Наиболее захватывающей целью на этом направлении, наверное, является создание гибкой, «умной» и перестраиваемой машины — возможно, человекоподобного робота на основе «моллюска» из жидкого металла. Этот «моллюск» представляет собой альтернативу традиционным жестким материалам в деле создания мягкотелых роботов, в частности, в плане автономности создаваемого устройства. Конечно, важно подчеркнуть, что жидкий металл не может решить некоторые проблемы и что финальная версия мягкотелого робота, если она будет, должна быть результатом совмещения перспективных материалов из жидкого металла и соответствующих технологий. Несомненно, потребуются колоссальные усилия для прогресса исследований в этой области.