西安交大物理学院研究团队在微型软体机器人磁畴三维编程方面取得进展

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西安交大物理学院研究团队在微型软体机器人磁畴三维编程方面取得进展

2025-06-09

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对智能软材料柔性基体中具备高矫顽力的永磁颗粒磁畴进行精准编程，是实现微型机器人在磁场驱动下完成复杂三维形变与多模态运动的核心所在。然而，现有的编程策略受限于尺寸效应和工艺瓶颈，普遍存在磁畴编程精度不高、制备效率低下以及一致性差等问题，难以满足微型化及高通量制造的需求，严重阻碍了磁控微型机器人的群体控制及其广泛应用。

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西安交大物理学院研究团队在微型软体机器人磁畴三维编程方面取得进展

为解决上述问题，西安交通大学物理学院先进功能材料与器件物理团队的青年教师韩捷等人受“琥珀固化”现象启发，提出了一种创新性的无需模板的三维磁畴编程方法。研究团队构建了一个由干凝胶、激光诱导石墨烯（LIG）和磁弹性体组成的三层异质结构体系，并借助其三维互联微孔道结构，实现了超亲水-超疏水界面的稳定结合。在温湿场作用下，干凝胶层发生收缩，引发层间应力，从而驱动微结构产生精确的三维变形。随后，利用飞秒/皮秒激光加工技术，实现了逐层构型与应力编程的图案化，特征尺寸优于20μm，且具备秒级快速制备能力。最终，在饱和磁场条件下完成磁化，并通过水洗去除PEG和干凝胶层，成功实现了微型磁控软体机器人的一致性与批量化制造。该成果不仅建立了一种全新的磁畴编程范式，也为物理智能微型机器人在生物医学、微流控系统及智能集群等领域的应用提供了重要支撑。

该项研究成果以“基于层间应力的微型软体机器人三维磁畴无模板编程”（Template-Free 3D Programmable Magnetization of Soft Millirobots Induced by Interlayer Stress）为题，发表于国际顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）。论文第一完成单位为西安交通大学物理学院，韩捷为论文第一作者，合作单位及作者包括德国马普智能系统研究所Metin Sitti教授、香港城市大学董立新教授及郑志强博士后。