如果你看過(guò)施瓦辛格主演的科幻電影《終結(jié)者2》的話，應(yīng)該對(duì)其中的反派機(jī)器人有很深的印象。在這部電影里，這個(gè)反派簡(jiǎn)直開了掛，即使融化還能復(fù)活。你可能以為這種事只能停留在科幻電影里，但是最近，這樣的金屬，真的被造出來(lái)了……
想象一下，如果你面前有一塊金屬，因?yàn)槭艿經(jīng)_擊而變形。但你只需要給它升點(diǎn)溫（甚至都不到100攝氏度），就能讓它自動(dòng)恢復(fù)形狀，是不是有點(diǎn)神奇。
如果有這種技術(shù)，未來(lái)我們或許真的可以像電影《終結(jié)者2》一樣制造出液體金屬機(jī)器人。這樣的機(jī)器人，即使遭受到某種打擊后變了形，但只要給它加溫，就可以自動(dòng)修復(fù)，繼續(xù)工作。
你可能以為我是在扯淡，但是我告訴你，這樣的金屬真的存在。
最近，紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校機(jī)械工程助理教授、來(lái)自中國(guó)的Pu Zhang所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，成功實(shí)現(xiàn)了科幻電影里的情節(jié)，并將自己的研究成果發(fā)表在了《Additive Manufacturing》雜志上。2011年，他從湖南大學(xué)畢業(yè)，并于次年進(jìn)入匹茲堡大學(xué)攻讀博士學(xué)位，那個(gè)時(shí)候他就開始了對(duì)金屬晶格的研究。
他的這項(xiàng)研究，基于一種叫做菲爾德金屬的合金。
菲爾德金屬（Field's metal），是以其發(fā)明者西蒙·庫(kù)倫·菲爾德（Simon Quellen Field）的名字命名的。這是一種合金，由32.5%的鉍、51%的銦以及16.5%的錫組成。這種合金的熔點(diǎn)很低，在62攝氏度的溫度下就會(huì)融化。
研究人員正是通過(guò)將Field合金包裹在由橡膠狀彈性體制成的晶格或外殼中的方法，實(shí)現(xiàn)了科幻電影里才會(huì)出現(xiàn)的功能，他稱之為"世界上第一種液態(tài)金屬晶格"。
為了制造這樣的外殼，Zhang等人用了3D打印、真空鑄造等復(fù)雜的工藝，并且涂上了敷形覆膜以防止內(nèi)部產(chǎn)品受潮、粘上灰塵或者化學(xué)物質(zhì)。
這種金屬晶格還有一個(gè)特點(diǎn)，那就是加熱之后會(huì)變形。當(dāng)然，這沒什么特殊的，不過(guò)，當(dāng)它再一次進(jìn)行加熱的時(shí)候，竟然可以恢復(fù)原來(lái)的形狀。雖然把它形容為《終結(jié)者2》里的那種液體機(jī)器人有點(diǎn)夸張，但是功能上比較類似。
"我們花了半年多的時(shí)間來(lái)開發(fā)這種制造工藝，因?yàn)檫@種新型晶格材料的加工難度很大。"Pu Zhang說(shuō)，"你需要找到最完美的材料和加工參數(shù)。如果沒有外殼，它就不能發(fā)揮作用，因?yàn)橐簯B(tài)金屬會(huì)流走。外殼骨架決定了整體的形狀和完整性，所以液態(tài)金屬可以被限制在通道中。"
換句話說(shuō)，這項(xiàng)新技術(shù)的核心，就在于外面的這一層保護(hù)殼。當(dāng)溫度到達(dá)62攝氏度的時(shí)候，內(nèi)部的菲爾德金屬會(huì)融化，而外殼則可以將金屬束縛住，防止液態(tài)金屬流走。不過(guò)，外殼是可以變形的，它可以根據(jù)需求變化成需要的形狀。當(dāng)然了，即使沒有菲爾德金屬，外殼也可以變化形狀，但是外殼需要借助菲爾德金屬的優(yōu)良性質(zhì)。
可以說(shuō)，Zhang的團(tuán)隊(duì)這一次是利用精妙的手段實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、“雙劍合璧”，取兩家之長(zhǎng)，造就了這樣一種全新的金屬晶格。
為了驗(yàn)證這個(gè)金屬晶格的性質(zhì)，他們用它做了許多的模型，如足球、英文字母、網(wǎng)狀造型、蜘蛛網(wǎng)等等。他們先將金屬晶格加熱，然后趁熱改變形狀，將其冷卻。當(dāng)他們?cè)僖淮渭訜岬臅r(shí)候，金屬晶格內(nèi)的菲爾德金屬就會(huì)再次融化，而外殼則恢復(fù)到了最初的形狀。
在所有這些模型中，形狀恢復(fù)程度最好的，就是他們制作的一個(gè)手狀模型。當(dāng)它被再次加熱的時(shí)候，以極高的精度恢復(fù)成原形。
這一項(xiàng)技術(shù)目前還在完善的過(guò)程中，但是一旦實(shí)現(xiàn)使用，其應(yīng)用前景非常廣泛，尤其是在航空航天、核工業(yè)等這些前沿領(lǐng)域，都可以讓它大顯神威。
"如果航天器在月球或火星上著陸時(shí)受到某種撞擊，可能會(huì)發(fā)生墜毀。"Zhang說(shuō)，"因?yàn)槟壳皝?lái)說(shuō)，工程師們普遍用鋁或鋼來(lái)制作緩沖結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)你在月球上著陸時(shí)，金屬會(huì)吸收能量并變形，于是它就報(bào)廢了，你只能使用一次。不過(guò)，如果你使用的是這種菲爾德金屬，它可以像其他金屬一樣被沖擊，但是只要加熱就能恢復(fù)形狀，你可以反復(fù)地使用它。”
另外，它也不一定非要面臨沖擊才能發(fā)揮作用。很多太空探測(cè)器（如詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡、太陽(yáng)帆）由于體型較大，都不得不折疊起來(lái)才能放進(jìn)火箭艙位中，然后在太空中展開。這種展開工作需要很精密的設(shè)備調(diào)試，但如果這項(xiàng)新的研究成果能夠發(fā)展成熟，那么將可以大大降低探測(cè)器展開的難度，節(jié)省火箭的空間。
由于熔點(diǎn)比很多金屬要低，因此菲爾德金屬得到了很廣泛的應(yīng)用，如核冷卻劑。在聚合物外殼的幫助下，它可以很好地記憶自己最初的形狀，更好地為核領(lǐng)域服務(wù)。
當(dāng)然，除了上面舉的例子之外，任何需要需要承受高壓力卻又不得不恢復(fù)原形的領(lǐng)域，它都可以發(fā)揮自己的作用。這樣的領(lǐng)域其實(shí)是很多的，可以想象它未來(lái)不僅會(huì)在高精尖領(lǐng)域大顯身手，也會(huì)走到千家萬(wàn)戶，大顯神威。
而該研究團(tuán)隊(duì)的初衷，就是制造出液態(tài)金屬機(jī)器人，在未來(lái)的世界更好地服務(wù)于人類。說(shuō)到這里，我們就又回到了開頭——《終結(jié)者2》中的反派機(jī)器人。雖然他的猙獰面目非?？膳拢侨绻軌驁?jiān)持為人類服務(wù)，那么這項(xiàng)技術(shù)還是非常有幫助的。
有趣的是，雖然我們一再聯(lián)想到這部電影，但領(lǐng)導(dǎo)這次研究的Zhang告訴我們："說(shuō)實(shí)話，我從來(lái)沒有看過(guò)那部電影！"
