液態(tài)金屬自行修復(fù)技術(shù)

機(jī)器人越有活力，它們就越有可能崩潰。更確切地說(shuō)，所有的機(jī)器人都有可能走向崩潰的結(jié)局(這是它們的定義特征之一)，更有動(dòng)力的機(jī)器人也會(huì)摔得更狠。當(dāng)它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里的時(shí)候，這不是什么大問(wèn)題，但是對(duì)于長(zhǎng)期的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如果我們可以依靠機(jī)器人來(lái)修復(fù)它們自己不是很好嗎?

不過(guò)，與其給機(jī)器人一把螺絲刀，指望它能更換自己的部件，還不如給機(jī)器人一個(gè)更柔和的解決方案，對(duì)于許多常見(jiàn)的磨損來(lái)說(shuō)可讓它們能像動(dòng)物一樣自愈。你需要的只是靜坐一會(huì)兒，身體就會(huì)神奇地自行修復(fù)。在使用自修復(fù)聚合物之前，我們已經(jīng)看到了一些這樣的例子，但是對(duì)于動(dòng)態(tài)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，金屬的強(qiáng)度至關(guān)重要。

在上個(gè)月舉行的2019年IEEE/RSJ智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議(IROS)上，來(lái)自東京大學(xué)JSK實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人專(zhuān)家展示了一個(gè)機(jī)器人腿原型，其肌腱“保險(xiǎn)絲”由一種可以修復(fù)骨折的金屬制成。它通過(guò)自動(dòng)熔化自身并轉(zhuǎn)化成一個(gè)單一的部分來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這項(xiàng)工作仍在進(jìn)行中，它基本上只是T-1000終結(jié)者的一小部分?？磥?lái)電影就要變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)了。

在一項(xiàng)測(cè)試中，研究人員給一條機(jī)械腿安裝了自修復(fù)螺栓，然后把它扔到地上。按照設(shè)計(jì)，螺栓斷了，避免了對(duì)機(jī)器人其他部分的損壞。這時(shí)，內(nèi)部加熱元件被激活，螺栓的兩部分液化，然后重新熔化在一起，半小時(shí)內(nèi)治愈了機(jī)械腿。這條腿不能完全站立起來(lái)，但這正是研究人員希望通過(guò)未來(lái)的原型實(shí)現(xiàn)的。

這是一個(gè)真人大小的機(jī)械腿，它的跟腱由一根電纜組成，動(dòng)力從腳繞著腳踝傳遞到小腿骨頭。電纜被一個(gè)模塊一分為二，該模塊包含由金屬合金制成，在低于系統(tǒng)中任何其他點(diǎn)的應(yīng)力下會(huì)折斷，這意味著它就像一個(gè)機(jī)械保險(xiǎn)絲——是第一個(gè)斷裂的不見(jiàn)，犧牲自己來(lái)保護(hù)機(jī)器人的其他關(guān)節(jié)。

自愈模塊(左上角)由磁鐵和彈簧連接的兩部分組成。每一半都有一個(gè)研究人員用低熔點(diǎn)合金(U-47)填充的墨盒。當(dāng)碳粉盒加熱時(shí)，合金會(huì)熔化，把兩半熔合在一起。

這種合金的熔點(diǎn)很低(只有50℃)，它周?chē)哪K由磁鐵和彈簧連接的兩部分組成。如果螺栓斷了，磁鐵和彈簧也會(huì)分開(kāi)，但隨后會(huì)重新合在一起，重新連接螺栓的兩半。這時(shí)，內(nèi)部的加熱器開(kāi)始工作，螺栓的兩半液化，然后再次融化在一起，大約半小時(shí)內(nèi)愈合肌腱。

這個(gè)技術(shù)還并不是很成熟，事實(shí)證明，被動(dòng)熔化將自愈合螺栓的強(qiáng)度降低到斷裂前的30%。但經(jīng)過(guò)一些額外的實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在熔化和修復(fù)過(guò)程中的輕微振動(dòng)可使愈合強(qiáng)度達(dá)到原來(lái)強(qiáng)度的90%以上，而且可能還有更多的優(yōu)化可以做。