中大新闻中心

香港中文大学（中大）机械与自动化工程学系张立教授领导的合作研究团队发明了一种具有三维（3D）可变形能力的铁磁性有机硅弹性体，进一步拓展可变形软材料在工程领域的应用，例如塑造更灵活的软体机械人。有关研究成果已于国际著名期刊《自然通讯》（Nature Communications）发表。

新技术突破现时变形自由度限制

软材料由于可以屈曲变形，被广泛应用于柔性电子装置及智能系统，例如微型天线、智能黏附装置及近距离无线通讯装置等。现时一般控制软材料变形的准静态调控策略只能进行两种形态配置（初始形貌和变形后形貌）之间切换，未能做到自由度更高及更复杂的多形态动态调控，应用范围有所局限。

中大机械与自动化工程学系张立教授与金东东博士，联同香港城市大学张甲晨教授及中国科学技术大学王柳教授，合作开发了一种磁动态调控策略，利用磁场控制软材料作出更灵活的形态转换，突破现有准静态调控对于变形自由度的限制。他们将所研发的磁性弹性体固定在玻璃基板上，然后浸入有机溶剂甲苯。甲苯被弹性体吸收后会在其内部扩散导致膨胀，惟在基板约束下，弹性体会产生屈曲，自然形成3D复杂波浪式的变形。团队在弹性体由膨胀至回復原状过程中的不同阶段施加强脉冲磁场磁化，利用脉冲磁场设定磁性弹性体中的3D磁畴分布，便可通过调节磁场的强度、方向及梯度，控制弹性体作出不同形态的屈曲状态，实现远超准静态调控的多形态动态变换行为。

技术灵感来自鱼鳍

张立教授表示：「自然界的生物通过高度可控的形态转变以适应环境。例如叶面有皱纹的植物可改变表面面积来调节水合作用，而刀鱼则通过调节其波浪形带状鳍来控制游动方向，包括向前或向后移动，或停留在原地不动。我们受到刀鱼可随意屈曲的波浪形鱼鳍启发，研制出可自由屈曲变形的磁性弹性体，实现3D结构在不同维度尺度下的多形态转换。」

研究团队通过对驱动磁场的调制，使磁性弹性体发生动态形貌重构，可用于构建具有可切换流体特性的系统，从而产生包括定向流体、混合流体和涡流在内的一系列可控流体行为，并展示了其在流体操控、微颗粒筛选、生物检测、软体机械人等领域的应用价值。张立教授的团队计划将磁性弹性体应用于其微型机械人，并进一步探索相关生物医学应用。

这项研究得到香港研究资助局（RGC）、香港创新科技署（ITC）、裘槎基金会、中大天石机器人研究所、中大-中国科学院深圳先进技术研究院机器人与智能系统联合实验室、创新香港研发平台（InnoHK）的医疗机器人创新技术中心（MRC）的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35212-6