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  軟材料中的動(dòng)態(tài)拓?fù)滢D(zhuǎn)換，例如，在不同的屈曲或褶皺狀態(tài)之間切換，通常會(huì)帶來特殊的聲學(xué)、力學(xué)特性（Nature Reviews Materials 2017, 2, 17066），并且在自然界生物的生命行為中起著重要作用。為了使可變形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可控拓?fù)渥儞Q，研究人員開發(fā)了基于化學(xué)溶劑、溫度、pH 和光的控制策略（Nature 2021, 592, 386-391；Nature 2019, 573, 205-213；Nature 2017 , 546, 632-636)。 然而，目前報(bào)道的調(diào)節(jié)方法大多基于軟材料的準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)制，開發(fā)一種高度可控的動(dòng)態(tài)調(diào)控策略十分具有挑戰(zhàn)。這一策略可為跨尺度形態(tài)調(diào)節(jié)和多模態(tài)各向異性變形提供研究手段，有助于揭示自然界中復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變換機(jī)制，并進(jìn)一步拓展可變形結(jié)構(gòu)與軟材料在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖 1：磁彈性體的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變示意圖。

  3D 可變形結(jié)構(gòu)由摻雜鐵磁性顆粒的有機(jī)硅彈性體制成，如圖 1 所示。磁性彈性體通過吸收各種有機(jī)溶劑（例如甲苯、乙酸乙酯和正己烷）而使它們擴(kuò)散到彈性體網(wǎng)絡(luò)中，從而引起自身結(jié)構(gòu)的膨脹。當(dāng)制備的磁性彈性體一端附著于親水玻璃基板上并浸入到甲苯時(shí)，彈性體結(jié)構(gòu)的溶脹行為因受到基板約束的影響，自發(fā)形成的軸向壓縮力會(huì)使其產(chǎn)生屈曲變形。屈曲狀態(tài)的形貌可以通過彈性體的幾何參數(shù)、溶劑的吸收率、人工缺陷、連接類型等因素進(jìn)行調(diào)整。對(duì)屈曲變形的磁性彈性體施加強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)磁化，再浸泡于乙醇中收縮恢復(fù)至未變形狀態(tài)，便可在磁彈性體中實(shí)現(xiàn)各向異性的三維磁疇分布。此時(shí)，在外加磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，基于磁彈性體的條帶結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生跨尺度與多模態(tài)的動(dòng)態(tài)形變。 

圖 2：連接類型的影響和晶格結(jié)構(gòu)的幾何變換。a不同邊界類型對(duì)屈曲構(gòu)型的影響。b 磁刺激下波數(shù)(Wn)、屈曲結(jié)構(gòu)的振幅和幾何參數(shù)(L/H)之間的定量關(guān)系。c 磁刺激下變形結(jié)果的幅度與邊界角（α）之間的定量關(guān)系。d 方形晶格結(jié)構(gòu)的變換。e, f 六角晶格和交錯(cuò)晶格的變換。g，h 具有人工缺陷的方形和三角形晶格的變換。

  這種基于屈曲不穩(wěn)定性的磁編程方式無需模板輔助，可用于快速實(shí)現(xiàn)具有可編碼異質(zhì)磁化分布的軟材料結(jié)構(gòu)。結(jié)合強(qiáng)度、方向以及梯度可控的外加驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，能夠實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)控的多模態(tài)各向異性拓?fù)渥儞Q行為。為了闡明其調(diào)節(jié)機(jī)制，作者團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了相應(yīng)的理論模型與有限元模型，系統(tǒng)地研究了非獨(dú)立軟材料結(jié)構(gòu)的溶劑和磁響應(yīng)行為，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合。

  總結(jié)而言，香港中文大學(xué)張立教授團(tuán)隊(duì)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）金東東副教授提出了一種新型的磁編程策略，以實(shí)現(xiàn)軟材料的動(dòng)態(tài)形態(tài)變換和多模式各向異性轉(zhuǎn)變。利用屈曲不穩(wěn)定現(xiàn)象的磁化編程方式，為今后發(fā)展可控三維磁疇分布的磁性軟材料提供了一種簡(jiǎn)易有效的新方法。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35212-6

  近五年來，張立教授課題組深耕于磁驅(qū)動(dòng)集群機(jī)器人、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了從毫米、微米到納米機(jī)器人及其集群行為的研究與應(yīng)用，并在著名期刊上發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。部分研究成果如下：

[1] Sci. Adv., 2022, 8(40): eabq8573：港中大開發(fā)“磁控螺旋微機(jī)器人”治療中耳炎患者中耳導(dǎo)管菌膜感染；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8573

[2] Sci. Adv., 2022, 8(25): eabn8932：可編程的多功能模塊化磁控軟體機(jī)器人；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn8932

[3] Nature Machine Intelligence, 2022, 4(5): 480-493：深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)微納機(jī)器人集群的自主環(huán)境適應(yīng)性巡航；https://www.nature.com/articles/s42256-022-00482-8

[4] Sci. Robot., 2021, 6(52): eabd2813：微型機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)器人結(jié)合實(shí)現(xiàn)體內(nèi)狹小腔道的快速高精度遞送；

[5] Sci. Adv., 2021, 7(9): eabe5914：多普勒超聲引導(dǎo)下對(duì)流動(dòng)血液環(huán)境中的納米顆粒集群進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制及定位的策略；

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe5914

[6] Nat Commun 10, 5631 (2019)：生物流體中微型機(jī)器人集群的主動(dòng)生成和磁驅(qū)動(dòng)；https://www.nature.com/articles/s41467-019-13576-6

[7] Sci. Adv., 2019, 5(1): eaau9650：基于熒光磁性孢子的微型機(jī)器人用于檢測(cè)難辨梭菌毒素；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aau9650

[8] Nat Commun 9, 3260 (2018)：具有超高縱橫比的可重構(gòu)帶狀磁性微型機(jī)器人集群；https://www.nature.com/articles/s41467-018-05749-6

  香港中文大學(xué)張立教授團(tuán)隊(duì)主頁：http://www.cuhklizhanggroup.com/

  香港城市大學(xué)張甲晨教授團(tuán)隊(duì)主頁：https://biorobotics.site/

  中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王柳教授團(tuán)隊(duì)主頁：https://faculty.ustc.edu.cn/liuwang/