秦建

變形金剛形態(tài)

在電影里，大黃蜂有兩種形態(tài)。一種是人形，兩腿直立行走，比一幢房子還高;一種是汽車形，起初是大眾甲殼蟲，到電影最后是雪弗蘭科邁羅。從人形到汽車形，或者反過來，從汽車形到人形，都只見大黃蜂全身聳動，各種金屬組織來來回回，上下翻轉(zhuǎn)，眨眼的工夫，就變形成功，看上去非?？犰?。這是變形金剛名字的來歷，也是變形金剛系列的最大魅力所在。然而，在得到了極大視覺享受的同時，好奇的觀眾會追問：大黃蜂或者說變形金剛的變形，是怎么辦到的？或者說，我們在現(xiàn)實里能否制造出大黃蜂來？

?人形狀態(tài)下的大黃蜂

?車形狀態(tài)下的大黃蜂及女主查莉

?擁有三種變形形態(tài)的變形金剛

材料是關(guān)鍵

根據(jù)電影里變形金剛們的表現(xiàn)，尤其是在兩種形態(tài)之間的自由切換，制造大黃蜂的材料至少要同時滿足以下三點要求：堅硬、輕盈、形狀能夠改變。

有沒有什么材料能同時滿足這三點要求呢？還真有，就是大名鼎鼎的形狀記憶合金。

1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶現(xiàn)象”。這種合金有一個初始形態(tài)，它的形狀可以被任意改變——彎曲、折疊、盤繞，但一旦加熱到一定溫度，不管這個時候它處于什么形態(tài)，它都可以魔術(shù)般地變回到初始形狀。這種形狀記憶的特殊本領(lǐng)得到了科學(xué)家的青睞，紛紛投入形狀記憶合金的研究中。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了50多種形狀記憶合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療、機械電子、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個領(lǐng)域。

航空航天領(lǐng)域經(jīng)常用到形狀記憶合金。宇宙飛船用于通訊的天線通常很大，有的直徑超過數(shù)米。這樣的龐然大物當然不可能直接發(fā)送到太空。因此，科學(xué)家用一種形狀記憶合金材料，先在其轉(zhuǎn)變溫度以上，做成天線的樣子，然后降低溫度，將它壓縮成一團，體積小到可以輕松塞進宇宙飛船。等到了軌道上，將“天線團”置于陽光照射下，達到該合金的還原溫度時它就會“記”起自己的本來面貌，慢慢舒展開來，變成一根巨大的天線。這整個過程有點兒像晾干的木耳在水里浸泡后的樣子。

?形狀記憶合金

單程記憶效應(yīng)（1-way）

雙程記憶效應(yīng)（2-way）（圖片來源/ Wiki）

?用弓形記憶合金絲來矯正牙齒

生物醫(yī)療是另一個廣泛運用形狀記憶合金的領(lǐng)域。有些小朋友牙齒不整齊，需要進行矯治。以前都是用不銹鋼絲或鈦合金絲把牙齒捆起來，非常麻煩，不僅時間漫長而且也很痛苦?，F(xiàn)在很多醫(yī)院開始使用弓形記憶合金絲來矯正牙齒。這種合金絲在低溫時非常軟，醫(yī)生輕輕松松就可以把它捆到孩子的牙齒上。孩子離開醫(yī)院后，合金絲的溫度隨著體溫升高，到了還原溫度，它就努力恢復(fù)原狀，同時使牙齒的位置發(fā)生變化。弓形記憶合金絲的變化過程就是牙齒矯正過程，雖然緩慢，但無太大的痛苦。此外，血栓過濾器、避孕器、脊柱矯形棒、心臟修補元件、髓內(nèi)針、腦動脈瘤夾、人工關(guān)節(jié)、接骨板、人造腎臟用微型泵等都用到了形狀記憶合金。

對于形狀記憶合金的研究和運用還在深入進行，比如以前的形狀記憶合金只有一個還原溫度，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有兩個甚至三個還原溫度的形狀記憶合金。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對形狀記憶合金的研究，肯定會更上一層樓。

除了形狀記憶合金外，要制造變形金剛，液態(tài)金屬、工程塑料、特種陶瓷、新型玻璃、可編程超材料等應(yīng)該都能夠派上大用場。

變形，出發(fā)

制造變形金剛，光有材料可不行，還得有極其復(fù)雜的機械和傳動設(shè)計，才能實現(xiàn)在人形與其他形態(tài)之間的自由切換。以前這種事情是不可想象的，然而經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，從機械工程學(xué)的角度講，這已經(jīng)不是特別難的事情了。

挖掘機是工地上最常見的重型工程機械，逢山開路，遇水搭橋，各種本領(lǐng)，相信大家都見過。但會變形的挖掘機你見過嗎？徐州工程機械集團研發(fā)的ET110型步履式挖掘機，底盤有四條機械腿，每條腿都能獨立運轉(zhuǎn)。機械腿的末端不是腳板，而是輪子。在駕駛員的操縱下，四條機械腿相互配合，可以像四條腿的烏龜那樣“爬行”，又可以放下輪子，像普通車那樣快速奔跑。因此，這使得ET110型步履式挖掘機的通過能力超強，不僅能在普通環(huán)境下作業(yè)，在高海拔地區(qū)、陡峭的山坡、沼澤地帶等一般挖掘機到不了的地方，一樣也可以自如地作業(yè)。另外，ET110型步履式挖掘機底盤上安裝的工作臂也經(jīng)過精心設(shè)計，盡管有十幾米長，看上去很笨重，但在液壓與電力傳動系統(tǒng)的配合下，卻能伸縮自如，完成極為精細與復(fù)雜的工作。看過ET110型步履式挖掘機工作的人都說，這根本就是低配版的變形金剛。

肯定有人說，挖掘機與變形金剛差距還是有點兒大，至少它是四條腿的。那就讓我們再來看看人型機器人的最新進展。

兩足行走一直是人形機器人進步的大障礙。因為兩足行走對重心控制與動態(tài)平衡的要求很高，上樓下樓或者在自然地形奔跑，對我們來說是極其簡單的事情，可對人形機器人來說，卻是難上加難。但事情在這幾年起了變化，不少機器人公司在雙足行走上取得了巨大進步。其中，美國波士頓動力公司最為矚目。該公司研發(fā)的人形機器人名為阿特拉斯。該公司發(fā)布的視頻顯示，阿特拉斯在凹凸不平的草地上奔跑，速度很快，步伐矯健而穩(wěn)定。當一段擺在地上的木頭攔住去路時，它竟然雙足發(fā)力，一下跳了過去。除了自然地形奔跑之外，阿特拉斯還能輕松完成旋轉(zhuǎn)、跳躍、后空翻等一連串高難度動作。它在一堆高高低低的木箱上，猶如黃飛鴻施展無影腳一般，連續(xù)跳躍三次的畫面，震驚了所有人。

盡管視頻里威風的是阿特拉斯，但背后卻是無數(shù)科學(xué)家和工程師的夙興夜寐、殫精竭慮。這其中就包含了機械設(shè)計、程序控制、環(huán)境感知與姿態(tài)控制等為數(shù)眾多的現(xiàn)代科技知識。當然，阿特拉斯的運動能力與變形金剛相比，還差得很遠。然而，“這是阿特拉斯的一小步，卻是機器人的一大步”。變形金剛也不能一蹴而就，需要若干年的科技積累。

?美國波士頓動力公司研發(fā)的人形機器人（圖片來源/ Wiki）

電影里，大黃蜂不但會變形，還會賣萌，更會揣摩女主角的想法，幫她走出失去父親的心理困境，這說明想要制造變形金剛，還有最為關(guān)鍵的一步，那就是打造一顆能和人腦媲美的硅基大腦，也就是現(xiàn)在最熱門的話題：人工智能。經(jīng)過數(shù)十年的研發(fā)，人工智能如今也已經(jīng)從概念走向了現(xiàn)實。谷歌公司研發(fā)的程序“阿爾法狗”早在三年前就已經(jīng)戰(zhàn)勝了人類的圍棋世界冠軍。2019年1月，谷歌公司研發(fā)的程序“阿爾法星”與人類職業(yè)選手在經(jīng)典即時戰(zhàn)略電腦游戲《星際爭霸2》對戰(zhàn)中，取得了10比1的壓倒性勝利，再一次震驚了世界。

?ET110型步履式挖掘機

?正在賣萌的大黃蜂

如此種種，讓我們不由得期待，也許我們距離制造出真正的大黃蜂的那一天，并不遙遠。