Wissenschaftler entwickeln einen Flüssigmetallroboter, der durch Gitterstäbe hindurchgehen kann, den Terminator

Mar 19, 2023

Im Film Terminator 2: Judgement Day besteht die Mission des ersten Terminators – gespielt von Arnold Schwarzenegger – darin, Sarah und John Connor vor dem T-1000 zu schützen, einem neuen Modell eines Killerroboters aus der Zukunft, der so flexibel ist, dass er es kann nimmt seine Form mit Leichtigkeit wieder an, selbst nachdem es getroffen oder beschossen wurde. Nun haben chinesische und US-amerikanische Wissenschaftler so etwas wie einen winzigen T-1000 geschaffen. Die Erfindung besteht aus einem Metall, das nahezu bei Raumtemperatur schmilzt, und kann je nach Wunsch des Erfinders von fest zu flüssig werden. In den Experimenten gelang es dem Roboter, aus einem Käfig zu entkommen, indem er durch die Gitterstäbe ging: Er schmolz zusammen und erstarrte dann auf der anderen Seite wieder. Es ist gelungen, einen Fremdkörper aus einem Magen zu entfernen und einen LED-Schaltkreis zu löten.

Der T-1000 im Film von James Cameron war ein Prototyp, der von der bösen Firma Skynet mit einer „nachgeahmten Polylegierung“ aus flüssigem Metall hergestellt wurde. Der neue Roboter, der diese Woche in der Fachzeitschrift Matter vorgestellt wurde, besteht ebenfalls aus einer Metallmatrix: Gallium, das in reinem Zustand bei 29,8 °C (85,6 °F) schmilzt. Mit anderen Worten: Es schmilzt in Ihren Händen. Neben Gallium enthält der Roboter eine Legierung aus drei weiteren Elementen (Neodym, Eisen und Bor), um seine Reaktion auf Magnetfelder zu verstärken.

Der Roboter besteht aus einem Material, das als magnetoaktive Phasenübergangsmaterie – kurz MPTM – bekannt ist. Ein Magnetfeld mit einer bestimmten Stärke induziert im Inneren des Galliums einen elektrischen Strom, der Wärme erzeugt und es von fest in flüssig umwandelt. Ohne diese Schwelle zu erreichen, können diese Magnetfelder den Roboter auch dazu bringen, um das 20-fache seiner Höhe zu springen, sich mit 1.500 Umdrehungen pro Minute zu drehen und sich mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde zu bewegen. Er ist vielleicht nicht so groß wie der T-1000 im Film – er ist kaum einen Zentimeter hoch –, aber er ist ein ziemliches Energiebündel.

In einem der von den Forschern geteilten Videos (siehe oben) kann man sehen, wie der MPTM-Roboter in Form einer LEGO-Minifigur – etwa fünf Millimeter breit und einen Zentimeter hoch – aus einem kleinen Käfig entkommt, indem er in einer Flüssigkeit durch die Gitterstäbe geht Zustand und verfestigt sich wieder, sobald es frei ist. „Ein Magnetfeld wird verwendet, um es zu einer Flüssigkeit zu schmelzen und aus dem Gehäuse zu entfernen“, erklärt Carmel Majidi, Professorin für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University. So wie Gallium schmilzt, wenn es sich 30 °C (86 °F) nähert, verfestigt es sich unterhalb dieser Marke und wird, sobald es die Stäbe passiert hat, wieder zu einem harten Metall. Die Tatsache, dass es in der Hand schmilzt, bedeutet nicht, dass es nicht so hart sein kann wie andere Metalle.

Die Wissenschaftler entwickelten mehrere Experimente, um ihre Schöpfung auf die Probe zu stellen. In einem Fall verwandeln sie es in eine Schraube, die in Ecken eindringen kann, in flüssiger Form in ein Loch eindringt und dann fest wird und es abdichtet. In einem anderen Fall fungiert der MPTM-Roboter als Schweißer an einer LED-Schaltung und verwendet einen Teil seiner selbst als Lot; Gallium dient sowohl als Lot als auch als leitfähiges Material und verfügt wie andere Metalle über eine hohe elektrische Leitfähigkeit, sodass es sehr effektiv zum Verbinden von Schaltkreisen geeignet ist. Aber was passiert, wenn der Stromkreis während des Betriebs heiß wird, wenn er bei Raumtemperatur schmilzt?

Majidi erkennt das Problem seines Staatswechsels an. „Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts ist es möglich, dass Gallium weich wird und sogar schmilzt, wenn der Schaltkreis heiß wird. Im flüssigen Zustand ist es immer noch leitfähig, sodass es seine Leistung nicht beeinträchtigt. Um jedoch ein Auslaufen oder Auslaufen zu verhindern „Wenn etwas verschüttet wird, müsste es mit Gummi oder einem anderen weichen Isoliermaterial abgedichtet werden“, sagt er. Als Direktor des Soft Machines Lab an der Carnegie Mellon liegt Majidis Fachgebiet bei weichen Materialien, von Kristallen bis hin zu flüssigen Metallen – und die Aussicht auf das Schmelzen seines MPTM macht ihm keine allzu großen Sorgen: „Der Großteil meiner Forschung konzentriert sich auf Flüssigmetallschaltkreise.“ bei dem das leitfähige Material während des Stromkreisbetriebs flüssig bleibt. Solange das Metall ordnungsgemäß abgedichtet und isoliert ist, geben Lecks normalerweise keinen Anlass zur Sorge“, erklärt er.

Die Erfinder des MPTM glauben, dass es wichtige medizinische Anwendungen haben könnte. Mithilfe eines mit Wasser gefüllten menschlichen Magenmodells lösten sie zwei sehr häufige Probleme in der Medizin: Zum einen führten sie den Roboter zu einem Fremdkörper, der entfernt werden musste. Als er sich daneben befand, schmolz ein Magnet den Roboter, der dann das Objekt umhüllte. Dann, nachdem es abgekühlt war, extrahierten sie es schnell mit Magneten. Im anderen Fall testeten sie die Verabreichung eines in MPTM verpackten Arzneimittels. Sobald es dort ankam, wo es benötigt wurde, schmolz es und gab das Medikament frei.

Chengfeng Pan, ein Ingenieur von der Chinesischen Universität Hongkong und Mitautor des Artikels, erklärte, dass „die Möglichkeit, Robotern zwischen flüssigem und festem Zustand zu wechseln, ihnen mehr Funktionalität verleiht.“ Was als nächstes kommt, sagt er, ist die Förderung dieses Materialsystems, um „einige sehr spezifische medizinische und technische Probleme zu lösen“.

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