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中大利用鐵磁流體三種浸潤效應構建多樣化軟體機器
- 變形蟲狀軟體機器不但具有更強大變形能力，還可展現多種運動模式
- 利用鐵磁流體三種不同浸潤效應構建多樣化軟體機器開拓生物醫學應用
香港中文大學（中大）機械與自動化工程學系教授張立教授利用鐵磁流體及其浸潤效應構建多功能微型軟體機器，不但具備更強大的變形能力，還可展現多種運動模式，進一步擴闊微型軟體機器在生物醫學領域的應用前景。有關研究成果已於國際著名期刊《自然通訊》（Nature Communications）發表，並獲選為編輯精選論文（Editors’ Highlights）。
如變形蟲般可以改變形狀、分裂和合併的微型軟體機器在生物醫學的應用非常廣泛，包括靶向藥物輸送、微創手術、細胞移植、醫用導管等。
為何用「鐵磁流體」製造軟體機器？
磁性軟體機器大多是將硬磁性微米顆粒添加在水凝膠等固體軟材料內而製成，惟其變形能力有限，難以在狹窄的空間中穿行，例如開口尺寸與軟體機器相當或更小的微小內腔。因此，有必要發掘製造微型軟體機器的新材料以擴展其功能。
中大機械與自動化工程學系張立教授，聯同卡內基梅隆大學Carmel Majidi教授，合作利用鐵磁流體的三種不同浸潤特性及其可重構性來構建多樣微型軟體機器，實現多種功能。
甚麼是鐵磁流體？
鐵磁流體是由懸浮在流體中的納米級鐵磁或亞鐵磁顆粒製成的膠狀液體。在低浸潤狀態下，可利用磁場驅使液態的軟體機器展現多種運動模式：拉伸、跳躍、旋轉、翻滾、皮划艇和搖擺等動作，或如變形蟲般改變形狀、分裂和合併。鐵磁流體可以適應複雜的地形環境，如跨越連續的障礙物、階梯和穿過牆壁上指定的孔洞。此外，鐵磁流體液滴可重組為液體膠囊，於膽管等曲折的狹窄通道運送液體或固體貨物到達目標位置。
基於不同鐵磁流體浸潤效應構建軟體機器的優點
在高浸潤狀態下，鐵磁流體液滴可以充當「人造液體纖毛」（artificial liquid cilia），即基底上伸出較長的突起，在外加磁場作用下進行類似微生物纖毛可控節律性擺動，實現生物液體的可控運送，例如泵送血液；或在完全浸潤狀態下，重組為「人造液體皮膚」（artificial liquid skin），像科幻電影Venom一樣，通過黏附在無生命的物體表面，將其轉變為可控的機器。
張立教授的研究團隊在未來的研究工作中，將專注於基底浸潤特性的控制，以實現鐵磁流體「皮膚」的可控吸附與脫離。在微型軟體機器中引入變形能力強的流體不僅增加了功能性和適應性，也為研發更靈活的微型軟體機器人開闢新方向。
這項研究工作得到香港研究資助局（RGC）、香港創新科技署（ITC）、裘槎基金會、周毓浩創新醫學技術中心、中大天石機器人研究所、香港科學園InnoHK創新香港研發平台的醫療機器人創新技術中心（MRC），以及中大—中國科學院深圳先進技術研究院機器人與智能系統聯合實驗室的支持。
示意圖和實驗快照顯示了利用鐵磁流體三種不同的浸潤特性構建多功能微型軟體機器：用作液體膠囊（低浸潤性），用作人造液體纖毛（高浸潤性），用作人造液體皮膚（完全浸潤性）。
液體膠囊以各種運動模式進行操作，同時攜帶液體或固體貨物並按需釋放。 （i）運輸液體貨物。 （ii）運輸固體貨物並混合。 （iii）將兩個液體膠囊一起運動以輸送液體貨物然後合併。
鐵磁流體液滴充當人造液體纖毛進行可控液體泵送（從左往右）。
鐵磁流體充當人造液體皮膚將矽膠彈性軟物質覆蓋轉變成磁性軟體機器。
