【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】對(duì)智能軟材料柔性基體中高矯頑力永磁顆粒磁疇的精確編程，是推動(dòng)微型機(jī)器人在磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維形變與多模態(tài)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵?，F(xiàn)有編程策略受尺寸效應(yīng)和工藝限制，存在磁疇編程精度和制備效率低、一致性差等問(wèn)題，難以滿足微型化與高通量制備需求，嚴(yán)重制約了磁控微型機(jī)器人的集群控制與廣泛應(yīng)用。
 

　　針對(duì)這一問(wèn)題，西安交通大學(xué)物理學(xué)院先進(jìn)功能材料與器件物理團(tuán)隊(duì)青年教師韓捷等受“琥珀固化”現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了一種無(wú)需模板的三維磁疇編程新策略。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了由干凝膠、激光誘導(dǎo)石墨烯(LIG)與磁彈性體組成的三層異質(zhì)材料體系，利用其三維互聯(lián)微孔道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超親水-超疏水界面的穩(wěn)定連接。干凝膠層在溫/濕場(chǎng)中收縮，誘發(fā)層間應(yīng)力，從而驅(qū)動(dòng)微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精確三維變形。隨后采用高精度的飛秒/皮秒激光加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)逐層構(gòu)型與應(yīng)力編程圖案化，特征尺寸優(yōu)于20μm，具備秒級(jí)制備效率。最終在飽和磁場(chǎng)下完成磁化，并通過(guò)水洗去除PEG和干凝膠層，成功實(shí)現(xiàn)了微型磁控軟體機(jī)器人的一致性、批量化制備。該研究不僅提出了一種全新的磁疇編程范式，同時(shí)為物理智能微型機(jī)器人在生物醫(yī)療、微流控及智能集群等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
 

　　研究成果以“基于層間應(yīng)力的微型軟體機(jī)器人三維磁疇無(wú)模板編程”(Template-Free 3D Programmable Magnetization of Soft Millirobots Induced by Interlayer Stress)為題，在國(guó)際權(quán)威期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS)上在線發(fā)表。西安交通大學(xué)物理學(xué)院為論文的第一完成單位，韓捷為論文第一作者，合作單位及作者包括德國(guó)馬普智能系統(tǒng)研究所Metin Sitti教授、香港城市大學(xué)董立新教授及鄭志強(qiáng)博士后。
 

　　青年教師韓捷2024年12月加入物理學(xué)院楊志懋教授課題組，研究方向涵蓋微納功能材料、材料物性調(diào)控及其在智能柔性系統(tǒng)中的應(yīng)用。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西基礎(chǔ)科學(xué)(數(shù)學(xué)、物理學(xué))研究院、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、陜西省科協(xié)青年托舉人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。