科學(xué)之聲

不知大家是否還記得去年阿爾法狗與韓國棋手李世石的世紀(jì)大戰(zhàn)？這是機(jī)器在圍棋領(lǐng)域第一次戰(zhàn)勝人類。谷歌團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上刊登了他們的最新研究成果：名為“阿爾法元”的新機(jī)器系統(tǒng)僅訓(xùn)練3天就戰(zhàn)勝了阿爾法狗，被譽(yù)為圍棋界“上帝之手”。

人工智能的突飛猛進(jìn)讓人類看到了智能機(jī)器人時(shí)代的曙光，然而，想讓科幻作品中的機(jī)器人真正走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，除了要讓機(jī)器人的大腦學(xué)會(huì)“思考”，身體上也要感知這個(gè)世界。其中，高分辨相機(jī)讓機(jī)器人擁有視覺；語音識(shí)別系統(tǒng)讓機(jī)器人擁有聽覺；而電子皮膚的出現(xiàn)，則讓機(jī)器人有了知覺。

電子皮膚這一概念最早出現(xiàn)在上世紀(jì)七八十年代以《終結(jié)者》為代表的科幻作品中，其中T-1000型號的機(jī)器人身體可以任意變形，受傷后能自我修復(fù)，在固態(tài)和液態(tài)中隨意切換，給觀眾留下了極為深刻的印象。與此同時(shí)，科學(xué)家們也開始對電子皮膚進(jìn)行不斷探索，因?yàn)槌悄軝C(jī)器人以外，電子皮膚在仿生假肢、健康監(jiān)測等領(lǐng)域也有巨大應(yīng)用前景。電子皮膚的基本單元是柔性應(yīng)變傳感器。隨著智能終端的普及，電子皮膚作為可穿戴設(shè)備在過去20年中得到蓬勃發(fā)展，許多高性能、多功能的電子皮膚被開發(fā)出來。然而，現(xiàn)有的應(yīng)變敏感材料，由于導(dǎo)電性差、能耗高、制作工藝復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，極大地限制了電子皮膚的實(shí)際應(yīng)用。所以，尋找新型應(yīng)變傳感材料迫在眉睫。

金屬合金是人類最早開發(fā)并且至今仍在日常生活中使用最廣泛的材料之一。然而，晶體金屬合金的彈性極限范圍很小，一般金屬合金材料的彈性極限遠(yuǎn)小于0.5%，這是金屬材料應(yīng)用在電子皮膚領(lǐng)域最大的短板。為了解決這一問題，中科院物理所非晶研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型柔性高性能應(yīng)變傳感器——非晶合金皮膚。說來也巧，《終結(jié)者》中未來戰(zhàn)士的這些神奇特性在現(xiàn)實(shí)生活中對應(yīng)的材料，就是非晶合金，也稱為金屬玻璃或者液態(tài)金屬。非晶合金是通過急速冷卻的方法得到的，保留了金屬液體無序的原子結(jié)構(gòu)，因此彈性范圍有了很大提高，同時(shí)金屬優(yōu)異的導(dǎo)電性也得以保留。像終結(jié)者一樣，非晶合金作為凍結(jié)的液態(tài)，當(dāng)加熱到熔化溫度0.5到0.6倍時(shí)，可以轉(zhuǎn)變?yōu)檎吵淼囊簯B(tài)，實(shí)現(xiàn)自愈合。

非晶合金皮膚是通過離子束濺射方法將非晶合金薄膜直接附著在柔性塑料襯底上得到的。非晶合金皮膚柔性好、很容易彎曲超過180度。通過選擇不同大小的襯底，非晶合金皮膚的面積可以實(shí)現(xiàn)從幾平方毫米到150平方厘米的連續(xù)變化。通過對非晶合金薄膜的厚度進(jìn)行調(diào)控，非晶合金皮膚視覺上可以變“透明”。

對該傳感器進(jìn)行的壓阻效應(yīng)測試結(jié)果表明，非晶合金皮膚保留了金屬材料高電導(dǎo)率、而且電阻與應(yīng)變之間有完美的線性關(guān)系、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。同時(shí)，與傳統(tǒng)晶態(tài)金屬材料相比，彈性范圍有很大的提高。非晶合金皮膚可以用來靈敏地監(jiān)測手指彎曲程度，表明其在仿生學(xué)等方向有很大應(yīng)用前景。該傳感器還有極小的電阻溫度系數(shù)，明顯的抗菌性等特點(diǎn)。另外，非晶合金皮膚制備方法簡單，制造成本低。綜合以上這些特點(diǎn)，非晶合金皮膚的出現(xiàn)，有望推動(dòng)電子皮膚的早日實(shí)際應(yīng)用。

相信經(jīng)過科學(xué)家和工程師們的不斷努力，終結(jié)者終有一天會(huì)來到人類社會(huì)，屆時(shí)它可能不再是“終結(jié)者”，而是人類的好伙伴。endprint