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由刘静研究员带领的中国科学院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组, 世界上首次发现了一种异常独特的现象和机制,即液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动,实现了无需外部电力的自主运动,从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。这是该小组继首次发现电控可变形液态金属基本现象之后的又一突破性发现。 这种液态金属机器完全摆脱了庞杂的外部电力系统,从而向研制自主独立的柔性机器迈出了关键的一步。 研究揭示,置于电解液中的镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量,实现高速、高效的长时运转,一小片铝即可驱动直径约5 mm的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动,速度高达5cm/s。这种柔性机器既可在自由空间运动,又能于各种结构槽道中蜿蜒前行;令人惊讶的是,它还可随沿程槽道的宽窄自行作出变形调整,遇到拐弯时则有所停顿,好似略作思索后继续行进,整个过程仿佛科幻电影中的终结者机器人现身一般。应该说,液态金属机器一系列非同寻常的习性已相当接近一些自然界简单的软体生物,比如:能“吃”食物(燃料),自主运动,可变形,具备一定代谢功能(化学反应),因此作者们将其命名为液态金属软体动物。这一人工机器的发明同时也引申出“如何定义生命”的问题。

目前,实验室根据上述原理已能制成不同大小的液态金属机器,尺度从数十微米到数厘米,且可在不同电解液环境如碱性、酸性乃至中性溶液中运动。试验和理论分析表明,此种自主型液态金属机器的动力机制来自两方面:一是发生在液态合金、金属燃料及电解液间的Galvanic电池效应会形成内生电场,从而诱发液态金属表面的高表面张力发生不对称响应,继而对易于变形的液态金属机器造成强大推力;与此同时,上述电化学反应过程中产生的氢气也进一步提升了推力。正是这种双重作用产生了超常的液态金属马达行为,这种能量转换机制对于发展特殊形态的能源动力系统也具重要启示意义。自驱动液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念,将显著提速柔性智能机器的研制进程。

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可自行修补裂缝的有“生命水泥”

道路维修每年耗资数十亿,如今,一位微生物学家研发出一种用细菌修补裂缝的自我修复水泥。将这种细菌加到一种液体中,然后将其喷洒到几十年磨损造成的裂缝和其他材料上。破碎建筑结构和崎岖不平的公路可以自行修复。研究人员使用了一种通常发现于活火山附近和埃及瓦迪-纳顿地区碱湖附近的细菌,将其混合到水泥中。这种细菌具有抗热和抗寒的特性。这种细菌来自大自然,通常生活在石头中。它们的一个特点是形成孢子,这意味着它们很适合于水泥,它们可存活很长时间。这种细菌同乳酸钙、水以及水泥组成成分混合在一起。水泥出现裂缝,同时水进到里面时,水就会“唤醒”这种细菌。这种细菌“吃”乳酸钙,分泌出填补裂缝的石灰岩。科学家说,它们可在休眠状态中存活200年。这种细菌要用3周治愈裂缝,而且裂缝长度对治愈没有限制。但裂缝宽度最好在0.8毫米或更小一些,目的是使治愈过程更加有效。这个过程还对现有的建筑和公路起作用,因为可将一种含有这种细菌的特制液体喷洒到裂缝上。这种水泥特别适合于难以维护的结构,例如地下建筑、高速公路和石油钻塔等。

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超级复杂的机械计算器

1642年著名科学家帕斯卡(B.Pascal)发明了人类有史以来第一台机械计算机。帕斯卡的计算机是一种系列齿轮组成的装置,外形像

一个长方盒子,用儿童玩具那种钥匙旋紧发条后才能转动,只能够做加法和减法。然而,即使只做加法,也有个“逢十进一”的进位

问题。聪明的帕斯卡采用了一种小爪子式的棘轮装置。当定位齿轮朝9转动时,棘爪便逐渐升高;一旦齿轮转到0,棘爪就“咔嚓”一声跌落下来,推动十位数的齿轮前进一档。现今世界已进入到计算机时代,电子计算机更新换代日新月异,从386到奔腾到双核,从台式机到笔记本到掌上电脑目不暇接。但是,这些未曾见过的机械计算机图片,它们是工业革命的产物,比古老的算盘已跨出了很大的一步,比计算尺也有了革命性的改进!科技无止境,有质的改变才能有大的飞跃,这是科技步步循进中的规律。

当时,它们是解决最复杂的商业和工程问题时必不可少的工具。随着电子计算器的出现,机械计算器失去了往日的荣耀。机械计算器虽然笨重,但也拥有一种异乎寻常的复杂之美,受到少数拥有特定品味的收藏家的青睐。

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