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出品：科普中国

作者：可可（材料设计师）

监制：中国科普博览

电影《终结者2》上映后，其中的头号反派液态金属机器人T1000，给世人留下了非常深刻的印象。在电影中，T1000不仅拥有钢筋铁骨，还能随意改变身体形状，甚至化为一滩液体后还能重新凝聚成原来的形态。

如今，这一曾经天马行空的幻想正在逐步变成现实，来自中山大学、浙江大学以及美国卡耐基梅隆大学的研究小组于1月25日公布了最新的研究成果，他们利用一种叫做磁活性相变物质（MPTM）的材料，制成了可以在固体和液体之间转换形态，并可在一定程度上受磁力控制的机器人雏形。

在公开的动画中，研究团队用穿越牢笼的桥段致敬了《终结者2》中的名场面，同时向人们展示了MPTM材料的神奇特性，快来看看是怎么回事吧。

终结者2海报

图片来源：维基百科

为什么材料很难拥有“刚柔并济”的特点

常识告诉我们，刚性和自如的变形能力无法同时共存。的确，对于现有的材料，二者很难同时具备。比如，金属一类具有坚硬外观的材料，往往熔点非常高。在高温下虽然能够熔化为自由流动的液态，但一方面加热熔化需要耗费相当大的能量和时间，另一方面高温的熔融金属也只能待在特制的耐热坩埚里，除了进行金属的铸造，没有其他的应用价值。

也就是说，传统材料想要像T1000一样真正实现“刚柔并济”，基本不可能。

不过呢，其实目前确实有一些材料，在保有高度柔软性的同时具有一定程度的刚性。例如D3O这种近年来非常火的材料，虽然外观看起来像橡皮泥一样柔软，可以任意塑造形状，但在受到瞬间的冲击时（例如锤击），又可以变得非常坚硬。

D3O实际上利用了剪切增稠效应，有些流体在受到剪切力（例如锤击）的时候，粘稠度会忽然增加。好比看起来像是橡皮泥，猛然砸下去反而却像砸在了一大块碳纤维上。

D3O制成的防护手套

作者：HecltoTrmel2020

图片来源：维基百科

自然界中也不乏具有类似特性的物种，例如常见的海洋生物海参，虽然身体柔软，但实际上海参可以在一定范围内调节身体的硬度。其背后的原理是改变组成其身体的原纤维间基质的硬度，从而让原本柔软的身躯具备一定的承载能力，防止各种环境因素对其身体造成伤害。

具有柔软身体的海参

作者：François Michonneau 图片来源：维基百科

之前的此类材料（当然也包括海参的身体结构），存在一个致命的问题，就是他们无法像铝合金或者钢铁一类的结构材料那样，可以维持刚性状态下的形状，更无法抵御一般的结构材料所能承受的拉伸、剪切以及扭转等各种力学载荷。

不过，完成本次研究的团队却制成了一种可以很容易转换刚柔两种状态，还能在刚性状态下拥有金属一般优秀机械强度的材料，这就是MPTM。据介绍，MPTM的发明过程中，来自海参的灵感发挥了关键作用。

MPTM的刚柔转换机理图片来源：参考文献1

MPTM牛在哪里？

MPTM是一种以金属镓和磁性颗粒构成的复合材料。镓是一种低熔点金属，它在29.8℃下就可以熔化，所以在正常的室温（25℃）状态下是金属，但温度稍微升高（例如在人的手心的温度下），就会变为液体。

在这种特殊性质的基础上，科研人员们巧妙地利用了交变磁场对MPTM中磁性颗粒的产热效应，仅仅依靠控制磁场就能让MPTM材料的温度升高到镓的熔点之上，从而变为液态。之后，一旦自然冷却，MPTM又会变为性状类似金属的固体。

两种状态下的MPTM示意图图片来源：参考文献1

固体下的MPTM，拥有和镓金属类似的机械特性，机械强度能够达到21MPa，可以承受超过自身重量30倍的物体。虽然跟一般的结构材料相比，还有些脆弱，但作为一般的固体材质已经完全具备了实用意义。最绝的是，由于磁性颗粒的存在，无论是液体状态还是固体状态下，MPTM都能受到磁场的控制，可以利用磁场来对其进行移动。

在演示视频中，一个被困在笼子里的MPTM小人经历一次液化后，从笼子中“逃”了出来，然后又再次恢复到原来的形状，还上演了一出原地“暴起”，简直就是T1000本尊。不过，必须要指出的是，实际上在笼子下方是一个小人形状的模具，液化后的MPTM进入模具，冷却后重新被铸造成了小人形状。即便如此，MPTM仍然达到了前所未有的高度。