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  英國(guó)《自然》雜志13日發(fā)表了一項(xiàng)材料科學(xué)研究，麻省理工學(xué)院趙選賀教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新技術(shù)，能在幾分之一秒內(nèi)打印出磁性形變材料，其打印的軟材料在施加磁場(chǎng)后，可快速發(fā)生精細(xì)可逆的形變，執(zhí)行各種非常有用且此前完全實(shí)現(xiàn)不了的動(dòng)作，包括滾動(dòng)、跳躍和抓住物體。

  軟材料可以依據(jù)熱、光或磁場(chǎng)之類(lèi)的刺激而改變形狀，具有廣泛的應(yīng)用潛力：從柔性電子、軟體機(jī)器人到各種生物醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)，如藥物遞送和組織工程。就醫(yī)學(xué)應(yīng)用而言，相關(guān)材料需要在封閉空間內(nèi)運(yùn)行，且需要遠(yuǎn)程控制。科學(xué)家認(rèn)為，磁場(chǎng)提供了一種卓有前景的激活、刺激方式。但是，按目前的制造方法，只允許材料實(shí)現(xiàn)幾個(gè)非常簡(jiǎn)單的形狀變化，用處較小。

  此次，美國(guó)麻省理工學(xué)院趙選賀教授及其同事提出了一種技術(shù)，能在幾分之一秒內(nèi)打印柔軟的磁活化材料。該技術(shù)是將鐵磁微粒嵌入硅橡膠基體內(nèi)，通過(guò)磁化打印機(jī)噴嘴來(lái)控制微粒的排列，從而能夠?qū)Υ蛴〔牧系牟煌瑓^(qū)域進(jìn)行設(shè)定，使之在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生特定的形變。例如，材料可以在不同的靜態(tài)形狀之間切換，或者根據(jù)磁場(chǎng)變化發(fā)生動(dòng)態(tài)變形。這樣的材料具有彈性，在去除磁場(chǎng)后又會(huì)恢復(fù)原來(lái)的面貌。

圖片1.3D打印軟材料中的鐵磁疇的設(shè)計(jì)

圖2.具有程控鐵磁疇的各種二維平面結(jié)構(gòu)，以及在施加的磁場(chǎng)下復(fù)雜的形狀變化

圖3.具有程控鐵磁疇的各種3D結(jié)構(gòu)，以及在施加的磁場(chǎng)下復(fù)雜的形狀變化

圖4.具有程控鐵磁疇的3D打印軟材料的功能演示

  研究人員利用這種技術(shù)打印了一個(gè)6腿軟體機(jī)器人。通過(guò)施加不同的磁場(chǎng)，該機(jī)器人可以爬行、滾動(dòng)、輸送藥物，甚至捕獲并釋放降落的物體。而經(jīng)改變后的第二種設(shè)計(jì)，可以使機(jī)器人水平跳躍12厘米，其方法是首先在一個(gè)方向上施加磁場(chǎng)來(lái)使機(jī)身折疊，然后在另一個(gè)方向施加磁場(chǎng)使其釋放。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0185-0