科学者はハンズフリーでこの液体金属を操作できる

物理学者シャオリン・ワン氏は、自身の研究室の研究がSFから虚構を取り除いていると誇らしげに宣言する。同氏のお気に入りの映画シリーズ「ターミネーター」や「マトリックス」などのSF映画が、同氏の研究の多くを導いている。同氏の最新作は、「ターミネーター2」とその姿を変える悪役T-1000のシーンを思い起こさせる。ワン氏の研究はそれ自体が名作だ。同氏のチームは液体金属の形状と動きを操作し、さらには液体金属を遠くから浮かせることさえできるのだ。

「当初のアイデアは、映画の特殊効果をすべて再現することだった」と、オーストラリアのウーロンゴン大学超伝導・電子材料研究所の教授であるワン氏は言う。「一般の観客にとっては、映画に出てくる液体金属の効果はすべてSFだ」と彼は付け加える。「しかし、私たちにとっては、すべて科学的事実なのだ」。彼によると、これまでの他の非接触操作技術、たとえば音波や光を使う技術では、通常、一度に1つまたは数個の微小な物体を動かすだけである。一方、最近米国科学アカデミー紀要に発表された彼のチームの新しい研究は、より大きく自由に流れる金属ターゲットを扱うことができる。

ワン氏の研究の主役は、ガリウム、インジウム、スズの元素を混ぜた液体金属合金ガリンスタンです。この合金の融点はマイナス 2 度で、室温では金属は永久に液体です (2 度以下では固体です)。ガリンスタンは無毒で導電性があるだけでなく、合金の表面張力も操作できます。この特性によって、液体が水滴になるか、水たまりになるかが決まります。研究者たちは、この材料に電気を当てて表面を酸化させると、表面張力が変わり、液体金属の形状が変わることを発見しました。

研究者たちは、このショーを締めくくるデモンストレーションのために、ガリンスタンを水酸化ナトリウムの入った容器に注入した。水酸化ナトリウムは、ガリンスタンが表面張力を切り替える酸化反応を行うための化学原料となる。最初、合金は蛇口の水漏れから滴り落ちる水滴のように容器に滴り落ちた。しかし、研究者たちが電圧をかけると、滴り落ちる金属は、直径が人間の髪の毛ほどの途切れない流れに変化した。さらに、近くに磁石があると、自由落下する霧雨が動き出した。

電気を帯びた金属は電流を帯びていたため、磁石の動きに合わせてピクピクと動きました。この電流は、外部磁石の影響を打ち消すために、液体金属の周りに独自の小さな磁場を作り出します。背景の磁石をちょうどいい位置に配置すると、研究者は液体金属に反発力を誘発し、流れ全体を支えて重力に対抗するのに十分な力を生み出しました。流れの中には、一度に 3 フィートもの長さになるものもありました。さらに外部磁場を切り替えると、金属の流れは見えない手のように誘導されました。

研究者らが流れる金属の周りで磁石を動かすと、金属はまるで自分の意思があるかのように、重力の引力に逆らって輪を作ったり、力を加えたりしながら、空間を同期して移動した。「リボンを振っているような感じだ」と、実験を率いたウーロンゴン大学の物理学者で、研究論文の著者であるヤフア・ヘ氏は言う。「とても素晴らしい」

ワン氏とホー氏は、この技術は液体金属を彫刻して有用な構造物、つまり微細な特徴を実現できる金属細工にするのに有効だと言う。研究者たちはまた、この液体金属を他の材料と組み合わせてスマートな人工装具を作りたいと考えている。ワン氏によると、液体金属の切り替え可能な剛性と柔軟性は人工筋肉の生成に役立つ可能性があるという。確かに、現時点では、ワン氏の液体金属は、おそらくありがたいことに、架空のT-1000ができることにはほど遠い。

その間、研究者たちは、動的液体金属がどんな新しい現象を起こすのかを研究している。研究チームはこれまでに、液体金属が形を変えたり、電気キックに反応して鼓動する心臓のように脈打ったり、命令に応じて多孔質材料に浸透したりできることをすでに示しており、視聴者に『ターミネーター2』でT-1000が金属棒をくぐり抜けるシーンを思い出させる。

「正直に言うと、これまで作ったものよりも良いものを作るのは非常に難しいです」とワン氏は言う。「私たちがこれまでに作ったものは、ジェームズ・キャメロン（ 『ターミネーター2』の監督）が次の映画のアイデアを得るのに十分だと考えています。」

以下の研究に関するビデオをご覧ください。