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由于磁化強度的各向異性，軟機器通過產生有針對性的形狀變化和運動來響應外部磁刺激，在仿生應用中顯示出巨大的潛力。然而，模仿生物功能，特別是器官的復雜中空結構及其動態行為，仍然具有挑戰性。

2024年11月30日，哈爾濱工業大學謝暉教授在國際頂級期刊Nature?Communications發表題為《Programmable spatial magnetization stereolithographic printing of biomimetic soft machines with thin-walled structures》的研究論文，孟祥和、李詩詩為論文共同第一作者，謝暉教授為論文通訊作者。

謝暉，哈爾濱工業大學機器人技術與系統國家重點實驗室教授，國家杰青，國家優青。2006年博士畢業于哈爾濱工業大學。2006-2010年在法國皮埃爾和瑪麗·居里大學/法國國家科學研究中心（CNRS）從事博士后研究。

謝暉教授的主要研究方向微納機器人技術，代表性成果刊出在Science Robotics、Nature Communications等期刊。

在這里，作者開發了一種基于三維（3D）均勻磁場輔助立體光刻的打印方法，用于制備具有內腔和可編程磁化強度的薄壁軟機器。

這種打印技術采用海爾貝克（Halbach）陣列和電磁螺線管來產生可調節的均勻磁場（高達80毫特斯拉），有效地定向鐵磁顆粒，然后，利用圖案化的紫外光進行固化。其中，支撐策略和優化的材料成分提高了打印穩定性和成功率。

作者開發的方法能夠制備具有蠕動推進、單向流體輸送、周期性泵送作用和吸入-排出變形的磁驅動軟機器。

這些結構的中空比高達0.92，并可實現并行制造，通過模擬復雜的生物行為和功能，凸顯了該技術在生物醫學應用中的巨大潛力。

圖1：任意3D均勻磁場輔助立體光刻方法的示意圖

圖2：打印性能和3D磁圖案的表征

圖3：打印薄壁磁性結構的策略

圖4：具有可編程變形的3D打印磁性軟結構

圖5：模擬人體腸道的磁性3D擠出機

圖6：生物模擬軟泵的設計和功能

圖7：具有生物模擬攝取-排出行為的磁性軟膠囊機器人和醫療潛力

綜上，這篇論文介紹了一種基于三維（3D）均勻磁場輔助立體光刻的打印方法，用于制備具有內腔和可編程磁化強度的薄壁軟機器，這些軟機器能夠響應外部磁刺激，展現出目標形狀變化和運動。

研究成功開發了一種新型的軟機器制造技術，能夠精確控制磁性粒子的取向，制備出具有復雜磁化分布和動態行為的軟體結構，對于生物醫學應用、軟體機器人等領域具有重要意義。

這項研究的成果不僅提高了軟體機器設計的自由度，使其能夠實現復雜的變形和運動，還展示了該技術在生物模擬、藥物輸送、液體活檢收集、定制化醫療設備等潛在應用中的巨大潛力，預示著未來在軟體機器人和相關領域中的實際應用前景。

Programmable spatial magnetization stereolithographic printing of biomimetic soft machines with thin-walled structures.?

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/12/05/4384d96b1a/

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