科技新知｜科學家達成突破　機械人可改變形狀　液化後再恢復原形

科學家們在機械人學上達成突破：一個會改變形狀的機械人，能夠在液態與金屬態間轉換，以探索棘手的環境，而不用在強度上妥協。

固液轉換自如

對於能夠到達那些太小或太曲折，以至於人們用傳統工具無法到達地方的小型機械人而言，它們有許多潛在的運用方法。但是，硬的材料並不是在侷限空間或是狹窄角度中通行的最佳選擇，而軟的、更彈性的機械人通常很弱且難以控制。

▼▼▼機械人學上達成突破！！▼▼▼

由於這種小型的、從海參所啟發的機械人既可以是軟的，也可以是硬的，它們可以克服只能是硬的或是軟的機械人的限制，也因此具有潛力能夠在例如電子組裝、甚至是醫學等領域上更具應用力。

研究人員們讓機械人導覽過障礙通道、將物體從人類腸胃模型中移除或傳遞進去、以及甚至液化來從籠子中逃脫，之後再重新變回它原本的人形機械人模樣。

中國香港中文大學（The Chinese University of Hong Kong）的工程師潘程楓博士說：「給予機械人在液態與固態間的轉換能力，這賦予它們更多的功能。」

設計靈感與材料選擇

為了找到一個平衡，由潘博士與中國中山大學（Sun Yat-sen University）的王清元（Qingyuan Wang，音譯）轉向了大自然作為靈感來源。像是海參等的動物可以改變它們組織的剛性，來改善負重能力及限制物理損傷，而章魚可以改變它們觸手的硬度，來偽裝、操作物體、以及移動。

為了設計出一個可以做類似事情的機械人，研究人員需要一種非毒性的材料，可以輕易地在周圍溫度下，轉換於軟與硬的狀態間。他們選擇了鎵，一種軟的金屬，在常壓之下熔點為攝氏 29.76 度，僅僅比人體平均溫度低了幾度。你只需將鎵放在手中就能熔化它。

研究團隊論文的資深作者之一，卡內基美隆大學（Carnegie Mellon University）的機械工程師卡梅爾·馬希帝教授（Carmel Majidi）說：「這裡的磁性粒子有兩種角色。其中一種是讓材料對交流磁場產生反應，所以你可以透過感應（induction）來加熱材料，並產生相轉變。但是磁性粒子也帶給機械人機動性、以及回應磁場而移動的能力。」

進行測試

在測試看看從固體轉換到液體的這個過程是否可逆後（結果是可以的），研究人員對這些小機械人進行了一系列的測試。機械人可以跳過小護城河、攀過障礙、甚至分開進行合作任務來搬運物體，之後再重新結合與重新固化。

它們甚至還有一個小型的人形機械人版本，形狀像是樂高，藉由熔化後滲透過柱子，然後在另外一側重新成形，來逃離一個小型監獄房間，向電影「未來戰士 2」（Terminator 2）的一幕致敬。

接下來，研究團隊調查了實際的應用。他們創造了一個人類腸胃的模型，並讓機械人吞噬並移除含在內的一個小物體。想像這是一個有用的方法來取出吞下的電池。接著，他們再讓機械人進行反過來的任務，以研究團隊希望可能遞送藥物的方式來傳遞物體。

針對修理線路而言，機械人可以通行至線路並熔化在上頭，用作導體與焊接；甚至，它們可以作為緊固件，滲入螺紋螺絲孔中並固化，可以執行螺絲的功能，而不需要有人將其固定於位子上。

未來研究方向

在真實世界的應用上，這個能夠相轉變的機械會需要進行些調整。比方說，因為人體溫度比純鎵的熔點來的高，設計用在生醫用途上的機械人可能會是以鎵為基礎的合金，這能夠提高熔點，同時維持功能性。而研究人員說，那部分還未詳細地研究。

馬希帝教授說：「未來的研究應該需要進一步探索這些機械人如何被用於生醫背景下。我們現在所展示的只是一次性演示與概念驗證，但是還會需要更多的研究，來鑽研這些機械人實際上可以如何被用於藥物傳遞以及移除外來物體上。」

參考資料：

Starr, M., (2023, January 26). Scientists Create Shapeshifting Humanoid Robot That Can Liquefy and Reform. ScienceAlert

Wang, Q. et al., (2023, January 25). Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter. Matter. https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.003

圖片來源：https://www.sciencealert.com/scientists-create-shapeshifting-humanoid-robot-that-can-liquefy-and-reform（圖：Wang et al., Matter, 2023）

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【本文獲「明日科學」授權轉載。】