中國版“終結者”來了？

冉浩

科幻電影《終結者》中的液態金屬機器人讓人印象深刻，它可以隨意變形，受到攻擊后能夠瞬間恢復，還可以化成液體穿越異常狹小的孔隙，到墻壁的另一面再重新組合。如今，這部科幻電影中的酷炫幻想正在變成現實。

近日，我國科學家團隊鼓搗出一種仿生液態“金屬機器人”，據說它在“吞食”少量“食物”后，就可以歡快地活躍1小時，而且它在通電的時候還可以改變形態。雖然這家伙和電影里那個機器人相比，還差得很遠，但是它確實打開了我們想象力的魔盒。

可在你手心里融化的古怪金屬

這個液態的“金屬機器人”是用鎵合金制成的。一般來說，金屬在常溫下都是固態的，比如鐵和鋁之類的，但是總有一些金屬是特殊的，它們在常溫下能夠維持液態。其中，我們最熟悉的是水銀，也就是汞，它的熔點是-38.87℃，你可以在傳統的玻璃體溫表里找到它——摔碎的體溫表里滾出的銀色珠子就是水銀，它像水滴一樣可愛，但是潛藏在這可愛外表下的是它強大的金屬毒性。盡管它的沸點是356.6℃，但是常溫下也會形成蒸汽，引起中毒。所以，水銀雖然外觀可愛，但不能隨便拿來玩。

盡管會在手心上融化，但是鎵在常溫下并不是液態的，因為它的熔點是29.78℃。不過，鎵的沸點卻高得出奇，達到了2 403℃，比銀的沸點還要高！一般這個級別的沸點的金屬，熔點都在幾百一千左右，鎵你這樣真的好么？

這其實和鎵的特性有關，它是弱金屬性，而且外層3個電子很難形成穩定結構，形成的金屬鍵很弱，液化很容易，但液態的時候還出現了一種類似非金屬的結構，因此徹底將它汽化又變得非常困難。不過鎵很奇葩的是它很容易過冷，或者說，就是加熱冷卻的時候，本來到了該凝固的溫度了，卻還能保持液態，甚至在室溫下可以保持液態好幾天，不過這時候要是加入晶核粉末或者震動它，會迅速引起結晶。這種因為震動而瞬間結晶的現象在夏季冰箱里過冷的啤酒、飲料中也會出現，非常有趣。

不過，科學家進一步找到了使它在常溫下穩定維持液態的方法——制成合金，使它處于一種特殊的非晶狀態。如鎵和銦可以形成低熔點合金，含25%銦的鎵合金在16℃時便熔化，Galinstan合金（68.5%鎵、21.5%銦和10%錫）在常溫下也是液態的。這兩種合金都能造出液態的“金屬機器人”。

金屬也可以變形？

事實上，這個“金屬機器人”沒有想象中那么神奇，也不能變成科幻電影里的那種人類狀態，它只是個能自己滿地爬的合金液滴。不過，這也相當了不起，至少看起來已經像個低等的小生命了。

早在它被制造出來之前，研究小組就對鎵合金的變形特性進行了多年研究，鑒于鎵合金有很好的導電性，于是研究小組有了一個大膽的想法——用它來修復斷開的神經！他們將這種合金注射到青蛙腓腸肌中被剪斷的坐骨神經部位，然后施加刺激，神經興奮會產生生物電信號，而鎵合金以導體身份連接了神經破損的部位。結果，斷掉的神經恢復了傳導功能。而且，鎵合金沒有毒性，不會被人體吸收，又有很高的X射線反射率，在神經修復后可以很容易找到并將之抽出，這一研究為神經修復開辟了新途徑。

在不斷的研究過程中，研究小組還發現了鎵合金的電控變形現象：當鎵作為一極的時候，比如說正極，在導電溶液管道中，它會像蚯蚓一樣自我伸長去連接負極。其背后的原理是，液態金屬與水體交界面上的雙電層效應。說得簡單點，就是電流在通過水體傳播的時候，會對液態金屬產生類似靜電吸附的拉力，而逐漸將它拉長。而如果在開放的非管道環境內，這種液態金屬就會變得像章魚一樣，伸出很多觸手了。如果使用多個電極，那它的形態是不是會變得更加復雜？我們是不是能夠借助電極的力量設計它的形態？如果是使用超大規模集成電路呢？那么，控制金屬變形也許不再是夢想。

金屬生命終將出現？

故事到這兒還遠未結束，研究小組很快就針對鎵合金的電控變形這一特征有了新想法，假如鎵合金能自己產生電流，那是不是就更好玩了呢？它會變成什么樣子？

他們想到了給鎵合金液滴喂鋁當“食物”。鋁的化學性質非常活躍，但是我們生活中接觸的鋁卻非常穩定，可以做成器具，其原因是鋁能與空氣中的氧氣反應形成氧化鋁，這是一層能夠覆蓋在鋁表面的致密保護膜，阻止鋁的進一步化學變化。如果沒有這層氧化鋁薄膜，你要是用鋁盆來端水，樂子可就大了，鋁會迅速和水反應生成氫氧化鋁和氫氣，然后在劇烈的冒泡兒反應中，你手里的鋁盆漏了……

但是，鎵合金能破壞掉鋁的這層保護膜，特別是在氫氧化鈉溶液中更能引發深層次的反應。于是，當塞進一小片鋁的時候，鋁在氫氧化鈉溶液中開始反應，生成氫氧化鋁和氫氣，氫氧化鋁是酸堿兩性的，遇到強堿氫氧化鈉會以鋁酸的形式反應，生成鋁酸鈉和水。鋁片就這樣一點一點被消耗，然后溶解在水中，化學反應的同時產生了電子的傳遞，也就是電流，這些電流引起了鎵合金的變形。由于金屬小球前后受到的壓力不平衡，引起了它的自旋，化學反應產生的小氣泡也會推動它前進，它就這樣“滾”起來了、“爬”起來了。于是，在氫氧化鈉溶液或者鹽水中，它就像一個小小的生命一樣，可以從管道的一頭爬到另一頭，一秒鐘5厘米，一小塊鋁片就能讓它活躍上1小時。等鋁片反應完，它就又“餓”了，需要再來一點鋁才能補滿能量。這也許就是液態機械生命體邁出的第一步？

更厲害的是，如果把它固定起來，它的自旋運動就會像水泵一樣把水抽過管子，小家伙就變身成了一個微型的自行馬達。當然，現在這個液態金屬馬達是毫米級和厘米級的，離可以投入應用的大型馬達還有距離，要制造出那樣的宏觀馬達還有困難，比如需要更加強大的動力。盡管如此，一種全新的、能將化學能轉變為機械能的動力系統，已經被科學家揭開了神秘的一角，至少研制液態金屬機器人有了一項理論和技術基礎。