在二十世纪六十年代，赛博（Cyborg）一词被提出用来阐释人类探索外太空的设想。当时，赛博（Cyborg）是控制论（Cybernetic）与有机体（Organism）的缩写结合。机械、电子、人类有机体结合成一个系统可以称为赛博。广泛来说，对于其他有机生物体，例如，昆虫、鸟类以及更多哺乳动物如老鼠等，利用机械、电子等手段干预它们的行为、生理活动等，也可以称为可控生物体或赛博生物体（Cybernetic organism, Cybernetic insects or animals）（图1）。赛博概念一经提出就受到了广泛关注。利用高科技手段，让人更高、更快、更强，甚至是活得更长久，一直是人类的梦想。从更广层面来说，对于有身体缺陷、受疾病困扰的人，通过机械电子手段干预使其回归正常生理功能，适应新环境，减少疾病痛苦等都属于这一范畴（图1）。比如，应用生物医学电子产品如人工耳蜗、心电起搏器、脑电刺激器等的情况都属于半机械人或者赛博。
迄今，机械与电子植入物面临的最大挑战的根源来自材料与技术的限制，尤其是植入材料与柔性有机体的接触界面至关重要，这将直接影响到采集信号的准确性，控制的精准性，以及使用的舒适性。目前，最为广泛应用的医疗干预设备如电极等几乎都是刚性的，与人体的柔软组织如皮肤、体内脏器等无法实现弹性匹配。近年来，室温液态金属在各个领域包括芯片冷却、软体机器、柔性电子、生物医疗等领域受到广泛关注，其优异的物理、化学及生物特性可望促成一系列赛博电子的技术突破和应用。
近日，中科院理化所与清华大学联合小组，在国际知名期刊Materials Today Physics上应邀发表了一篇题为“Liquid Metal Enabled Cybernetic Electronics”的论文，首次酝酿提出液态金属赛博电子新领域，并对其研究现状与最新进展进行了前瞻性评述。文章第一作者为中科院理化所博士后孙旭阳，通讯作者为刘静教授。在这篇论文中，作者们对液态金属赛博电子技术的材料优势、技术发展途径及应用模式等重点从可穿戴、可贴附与可植入（图2）三个层面加以阐述，并对面临的机遇与挑战进行了系统深入的总结与展望。
液态金属，如镓基、铋基金属及其合金以优良的金属性质、独特的流动性、可控的刚度和低生物毒性，已经逐渐成为新一代功能材料，并在柔性可驱动机器、自修复材料、注射电子等新兴领域展现重要价值。作为赛博电子极为理想的基础材料，液态金属拥有诸多优异特性，如柔性界面、可变形性、优良顺应性、自修复与重构特性，以及可回收和降解特性。作为室温流体，这直接促成了材料与生物体接触时的完美柔性界面；同时在利用外部能量，包括电、磁、光、机械、化学场等加以调控时，材料还可以灵活展现出各类变形特性，这对于材料的可控印刷、制造以及后续各种应用提供了广泛的操作空间。另外，流体特性还赋予材料更强的鲁棒性以及可以使其不拘泥于初始的形状结构，在遭受外力损伤、机械弯折等破坏后能通过多种物理化学场进行材料结构与功能的修复，甚至是重新构建成二维、三维的电学体系（图3）。
对于液态金属这样一种流动性很好，表面张力很大的材料，应用仍需克服很多技术问题。通过材料学改性，与新型制造及印刷技术以及新型应用模式的结合，可以让液态金属赛博电子更接地气，不仅可用以制成传统的柔性电子功能电路，在生物体内构筑三维电子电路，还能催生出新型的应用技术如在皮肤表面的直接印刷技术（电子纹身），服装表面的快速印制（智能服装），以及在三维表面的磁控印刷等（图4）。
作为可植入材料，液态金属在体的应用模式也是多种多样。首先在材料选择上可以选择具有不同配比的合金材料，其熔点不同，有些熔点略高于人体，稍稍加热即可融化重新塑形，这就免除了植入刚性材料的复杂制备过程，为定制化人造骨骼、骨水泥、外骨骼等体内外支撑部件提供了新选择；选取熔点合适材料，利用相变能实现材料刚度的大尺度调控，对准确的神经电极植入和检测可望提供新的应用模式；选取熔点低于人体的液态金属材料，还可以通过直接的吸取与注射完成材料在体的微创植入，这在作为神经、肌肉电刺激柔性电极等应用中具有重大价值（图5）。
人类活动中，赛博电子的干预会为诸多领域，包括人体运动监控、疾病诊断与治疗、人体功能增强以及人机交互等方面带来益处。根据材料系统与人体的接触模式，作者将液态金属赛博电子分为三类，分别从可穿戴、可贴附、可植入三个方面的应用进行论述。此外，针对每一类应用，从材料、技术、通讯方式以及与人体的功能交互上都进行了全面归纳、分析和展望。尤其，作为可穿戴设备，材料可以展现出主动的功能响应，将促成一系列人机交互的应用（图6）。
通过材料特性的调控，直接将电子材料印制在皮肤表面，不仅是炫酷的电子纹身，同时能够完成系列疾病诊断乃至肿瘤治疗的应用（图7）。进一步，通过植入方式将该液态金属电子系统植入体内，还可促成疾病治疗方法与模式的变革，从而更好的应对人类日益增长的医疗需求。
该文同时对液态金属赛博电子系统所面临的机遇与挑战进行了论述。新型材料的问世与技术创新无疑会对人类生活方式产生积极影响，然而在液态金属赛博电子材料的长期生物安全性、伦理学层面也将面临社会舆论、法律法规的多重挑战，此方面需要社会各界人士参与讨论。
赛博电子是正在兴起的科学、技术与应用前沿，对于今后人类社会生产生活方式的影响较为深远。液态金属及其相关先进材料的引入，大大有助于打破传统赛博电子学面临的一系列重大技术挑战，发展前景广阔。此篇应邀前瞻性评述论文的发表，可望及时有效的引导和推动液态金属赛博电子学新兴领域的建立和发展。
图1. 昆虫、动物以及人类中的可控生物体
图2. 液态金属可穿戴、可贴附与可植入电子
图3. 液态金属的修复与可重构特性
图4. 液态金属新型印刷技术
图5. 液态金属作为可植入材料、可注射电子及相关技术
图6. 液态金属可穿戴智能设备
图7. 皮肤上直接印刷的可贴附液态金属电子系统
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