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由于磁化強(qiáng)度的各向異性，軟機(jī)器通過產(chǎn)生有針對性的形狀變化和運(yùn)動來響應(yīng)外部磁刺激，在仿生應(yīng)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(fù)雜中空結(jié)構(gòu)及其動態(tài)行為，仍然具有挑戰(zhàn)性。

2024年11月30日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)謝暉教授在國際頂級期刊Nature?Communications發(fā)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。

博士一作！他，哈工大「國家杰青/國家優(yōu)青」，新發(fā)Nature子刊！

謝暉，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室教授，國家杰青，國家優(yōu)青。2006年博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)。2006-2010年在法國皮埃爾和瑪麗·居里大學(xué)/法國國家科學(xué)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(jī)器人技術(shù)，代表性成果刊出在Science Robotics、Nature Communications等期刊。

在這里，作者開發(fā)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(nèi)腔和可編程磁化強(qiáng)度的薄壁軟機(jī)器。

這種打印技術(shù)采用海爾貝克（Halbach）陣列和電磁螺線管來產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的均勻磁場（高達(dá)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(jìn)行固化。其中，支撐策略和優(yōu)化的材料成分提高了打印穩(wěn)定性和成功率。

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

這些結(jié)構(gòu)的中空比高達(dá)0.92，并可實現(xiàn)并行制造，通過模擬復(fù)雜的生物行為和功能，凸顯了該技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)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(jié)構(gòu)的策略

圖4：具有可編程變形的3D打印磁性軟結(jié)構(gòu)

圖5：模擬人體腸道的磁性3D擠出機(jī)

圖6：生物模擬軟泵的設(shè)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(jī)器人和醫(yī)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(nèi)腔和可編程磁化強(qiáng)度的薄壁軟機(jī)器，這些軟機(jī)器能夠響應(yīng)外部磁刺激，展現(xiàn)出目標(biāo)形狀變化和運(yùn)動。

研究成功開發(fā)了一種新型的軟機(jī)器制造技術(shù)，能夠精確控制磁性粒子的取向，制備出具有復(fù)雜磁化分布和動態(tài)行為的軟體結(jié)構(gòu)，對于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要意義。

這項研究的成果不僅提高了軟體機(jī)器設(shè)計的自由度，使其能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的變形和運(yùn)動，還展示了該技術(shù)在生物模擬、藥物輸送、液體活檢收集、定制化醫(yī)療設(shè)備等潛在應(yīng)用中的巨大潛力，預(yù)示著未來在軟體機(jī)器人和相關(guān)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用前景。

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

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