中年|可编程的磁驱动软体机器人来了！Science 子刊：背后原理 19 世纪末提出( 二 ) |软体|机器人|

用科学家们的话说就是：
目前的磁编程方法内在地耦合到了顺序制造过程，阻止了可重编程和吞吐量编程。

基于此，团队的策略是热辅助磁编程。
第一步是，通过激光局部加热磁性软材料，直至温度高于嵌入软体机器人系统中的二氧化铬 10 微米大小微粒的居里温度。
居里温度也叫居里点（Curie point）， 19 世纪末由皮埃尔·居里提出。它是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度：

温度低于居里点时，物质成为铁磁体，和材料有关的磁场很难改变；
温度高于居里点时，物质成为顺磁体，和材料有关的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。

所以科学家们第一步要做的就是将嵌入软体机器人系统中永铁磁颗粒加热成为顺磁体，其磁场就能受外界影响。

中年|可编程的磁驱动软体机器人来了！Science 子刊：背后原理 19 世纪末提出

本文插图

【居里夫人的丈夫皮埃尔·居里】
第二步是，在冷却过程中施加磁场，重新定向嵌入软体机器人系统中永铁磁颗粒的磁畴。
这里需要解释一下什么是磁畴（Magnetic Domain）。
我们都知道，分子、原子可以构成物质材料的基元（构成生物体的大分子上的局部区域），基元中电子绕着原子核运转就能形成电流，电流又可以产生磁场。

因此，每个基元都相当于一个很小的磁体，而大量基元就组成一个更大的结构，如果结构中所有基元都会产生同方向的磁场，那么这个结构就叫做磁畴。
【中年|可编程的磁驱动软体机器人来了！Science 子刊：背后原理 19 世纪末提出】按照上述策略，科学家们展示了高空间分辨率（~38 μm）的离散、三维和可重编程磁化。

本文插图

上图 A 部分正是上述两步操作的示意图。
B 部分展示的则是，加热到二氧化铬粒子的居里温度（118℃）用了 1.7s ，冷却到居里温度的一半用时 4s 。 C 部分显示，热辅助磁化达到 90% 。
激发软体机器人的潜力
那么，这样的策略成效如何呢？
论文介绍，团队利用可编程磁化，成功改变了软体机器人内部的磁场分布。由此，辅助超材料结构的机械行为可得到重构，行走软体机器人的运动可得到调节，软夹也能实现自适应抓取。
如下图所示，一组具有不同三维磁化曲线的结构，在磁场的作用下可以转换成复杂的三维结构。

本文插图

另外，研究团队设计了一个三维磁化的“火柴人”结构。可以看到，不管是它的身体、肩膀、手臂还是头部，在磁场的驱动下， “火柴人”经历着复杂的三维形变。

本文插图

研究团队也通过磁化设计了一种可重编程的自适应软夹。

本文插图

不仅如此，科学家们还利用磁场分布转移制作出了智慧女神雅典娜的头像。

本文插图

总的来说，这一策略实现了 38 微米级别的高通量磁编程（速度高达 10 个复刻样品/分钟），也为开发多尺度、再编程的软体机器人提供了丰富的设计空间和大规模的制造潜力。
引用来源：
https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/38/eabc6414.full.pdf