I en banbrytande upptäckt, Forskare vid University of Wollongong (UOW) har skapat en "hjärtslag" -effekt i flytande metall, får metallen att puls rytmiskt på ett sätt som liknar ett hjärta som slår.

Deras resultat publiceras i 11 juli -numret av Fysiska granskningsbrev , världens främsta tidskrift för grundläggande fysikforskning.

Forskarna producerade hjärtslaget genom att elektrokemiskt stimulera en droppe flytande gallium, får det att pendla på ett regelbundet och förutsägbart sätt. Gallium (Ga) är en mjuk silverfärgad metall med låg smältpunkt, blir flytande vid temperaturer högre än 29,7C.

Upptäckten har potentiella tillämpningar för vätskebaserade tidtagare och ställdon i konstgjorda muskler, mjuk robotik och "lab-on-a-chip" mikrofluidkretsar.

Professor Xiaolin Wang, en nodledare och temaledare vid ARC Center of Excellence for Future Low Energy Electronics Technologies (FLEET), ledde forskargruppen från UOW:s Institute for Superconducting and Electronic Materials inom Australian Institute for Innovative Materials.

"Genom att designa en speciell elektrod och applicera spänning på droppar flytande metall kunde vi få metallen att röra sig som ett bankande hjärta, "Sade professor Wang.

Även om liknande hjärtslagseffekter har skapats tidigare i flytande kvicksilver, detta ger en oregelbunden rörelse som är svår att inaktivera eller kontrollera. Kvicksilver har den extra nackdelen att den är mycket giftig.

Flytande gallium, däremot, är giftfri och ger en regelbunden rörelse (vid frekvenser som sträcker sig från 30-100 slag per minut beroende på tyngdkraftens påverkan och storleken på droppen) vilket gör att den kan komma att användas mycket mer.

Professor Wang sa att hans forskning inom flytande metaller delvis inspirerades av biologiska system och delvis av science fiction, inklusive formförskjutning, flytande metall "T-1000" robot i den James Cameron-regisserade filmen Terminator 2:Domens dag .

"Till mig, ingenting är fiktion - science fiction är ett vetenskapligt faktum som ännu inte har upptäckts. När jag ser en effekt i science fiction tänker jag på hur vi kan skapa den funktionaliteten i verkliga livet, " han sa.

"Jag vill inte skapa en Terminator -robot, oroa dig inte, men den flytande robotens funktionalitet kan vara användbar i den verkliga världen så jag ville upptäcka fler funktioner i flytande metall.

"Den flytande roboten från Terminator 2 hade två funktioner. Den ena var att ändra form och sedan återställa den. Det andra var att byta från ett mjukare till ett hårdare tillstånd - om du kommer ihåg scenen där den sträckte ut armen och förvandlade den till ett svärd, den blev från en mjuk metall till en hård.

"Dessa två funktioner har upptäckts. En grupp i Kina och en annan grupp i USA upptäckte den första, ändra form och sedan återställa den, och det var min forskargrupp här på UOW som upptäckte det andra fenomenet, övergång från ett mjukt tillstånd till ett hårt tillstånd genom att applicera en spänning.

"Vi utvecklade också ett sätt att bilda alla mönster direkt, inklusive att skriva, på flytande metall utan att vidröra den. Min första idé var att hitta ett sätt att reproducera "gröda cirklar" -effekten i vårt labb.

"Och nu har vi skapat en funktionalitet i flytande metall som inte ens James Cameron kunde tänka sig:hur man får det att röra sig som ett bankande hjärta."

Medan forskningsrapporten fokuserar på genombrottets grundläggande fysik - förstå hur och varför flytande gallium beter sig som det gör - snarare än dess tillämpningar, Professor Wang sa att det fanns ett antal möjliga användningsområden.

"Det finns så många applikationer för enheter som är byggda med mjukare material, " han sa.

"Mjuk robotik är vår framtid. För att utveckla mjuka robotar behöver vi en kraft för att driva mjukvävnaden att röra sig, så mycket naturligt tänker vi på ett mjukt hjärta för en mjuk robot.

"I många biologiska system, hos människor och djur, det är hjärtat som driver allt. Så ett hjärtslag i metall kan användas som en pump, som drivkraft för att transportera vätska genom en kanal. "

Dr David Cortie, en ISEM-forskare och en av tidningens medförfattare, sa att den självreglerande karaktären hos det flytande galliumhjärtslaget gjorde det till en bra kandidat för ett antal användningsområden.

"Tidpunkten för hjärtslag sker naturligt, du behöver inte använda någon komplicerad elektronik för att få timingen att fungera, därför är självreglerande pumpning en möjlighet, "Dr Cortie sa.

"Något annat vi föreslog var oscillatorer. Inom elektronik behöver du ofta en tidskontroll, till exempel något som skickar en puls två gånger per sekund, så analogt, denna funktionalitet kan vara användbar för vätskebaserade tidtagare i mikrofluidkretsar. "

'Upptäckten av en spänningsstimulerad hjärtslagseffekt i droppar flytande gallium' av Zhenwei Yu, Yuchen Chen, Frank F. Yun, David Cortie, Lei Jiang, och Xiaolin Wang publiceras den 11 juli i Fysiska granskningsbrev .