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  軟材料中的動態拓撲轉換，例如，在不同的屈曲或褶皺狀態之間切換，通常會帶來特殊的聲學、力學特性（Nature Reviews Materials 2017, 2, 17066），并且在自然界生物的生命行為中起著重要作用。為了使可變形結構實現可控拓撲變換，研究人員開發了基于化學溶劑、溫度、pH 和光的控制策略（Nature 2021, 592, 386-391；Nature 2019, 573, 205-213；Nature 2017 , 546, 632-636)。 然而，目前報道的調節方法大多基于軟材料的準靜態調制，開發一種高度可控的動態調控策略十分具有挑戰。這一策略可為跨尺度形態調節和多模態各向異性變形提供研究手段，有助于揭示自然界中復雜的動態變換機制，并進一步拓展可變形結構與軟材料在工程領域的應用。

圖 1：磁彈性體的動態轉變示意圖。

  3D 可變形結構由摻雜鐵磁性顆粒的有機硅彈性體制成，如圖 1 所示。磁性彈性體通過吸收各種有機溶劑（例如甲苯、乙酸乙酯和正己烷）而使它們擴散到彈性體網絡中，從而引起自身結構的膨脹。當制備的磁性彈性體一端附著于親水玻璃基板上并浸入到甲苯時，彈性體結構的溶脹行為因受到基板約束的影響，自發形成的軸向壓縮力會使其產生屈曲變形。屈曲狀態的形貌可以通過彈性體的幾何參數、溶劑的吸收率、人工缺陷、連接類型等因素進行調整。對屈曲變形的磁性彈性體施加強脈沖磁場磁化，再浸泡于乙醇中收縮恢復至未變形狀態，便可在磁彈性體中實現各向異性的三維磁疇分布。此時，在外加磁場的驅動下，基于磁彈性體的條帶結構和晶格結構可以產生跨尺度與多模態的動態形變。 

圖 2：連接類型的影響和晶格結構的幾何變換。a不同邊界類型對屈曲構型的影響。b 磁刺激下波數(Wn)、屈曲結構的振幅和幾何參數(L/H)之間的定量關系。c 磁刺激下變形結果的幅度與邊界角（α）之間的定量關系。d 方形晶格結構的變換。e, f 六角晶格和交錯晶格的變換。g，h 具有人工缺陷的方形和三角形晶格的變換。

  這種基于屈曲不穩定性的磁編程方式無需模板輔助，可用于快速實現具有可編碼異質磁化分布的軟材料結構。結合強度、方向以及梯度可控的外加驅動磁場，能夠實現遠超準靜態調控的多模態各向異性拓撲變換行為。為了闡明其調節機制，作者團隊還開發了相應的理論模型與有限元模型，系統地研究了非獨立軟材料結構的溶劑和磁響應行為，與實驗結果高度吻合。

  總結而言，香港中文大學張立教授團隊與哈爾濱工業大學（深圳）金東東副教授提出了一種新型的磁編程策略，以實現軟材料的動態形態變換和多模式各向異性轉變。利用屈曲不穩定現象的磁化編程方式，為今后發展可控三維磁疇分布的磁性軟材料提供了一種簡易有效的新方法。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35212-6

  近五年來，張立教授課題組深耕于磁驅動集群機器人、軟體機器人等領域，實現了從毫米、微米到納米機器人及其集群行為的研究與應用，并在著名期刊上發表了多篇學術論文。部分研究成果如下：

[1] Sci. Adv., 2022, 8(40): eabq8573：港中大開發“磁控螺旋微機器人”治療中耳炎患者中耳導管菌膜感染；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8573

[2] Sci. Adv., 2022, 8(25): eabn8932：可編程的多功能模塊化磁控軟體機器人；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn8932

[3] Nature Machine Intelligence, 2022, 4(5): 480-493：深度學習實現微納機器人集群的自主環境適應性巡航；https://www.nature.com/articles/s42256-022-00482-8

[4] Sci. Robot., 2021, 6(52): eabd2813：微型機器人和傳統機器人結合實現體內狹小腔道的快速高精度遞送；

[5] Sci. Adv., 2021, 7(9): eabe5914：多普勒超聲引導下對流動血液環境中的納米顆粒集群進行實時運動控制及定位的策略；

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe5914

[6] Nat Commun 10, 5631 (2019)：生物流體中微型機器人集群的主動生成和磁驅動；https://www.nature.com/articles/s41467-019-13576-6

[7] Sci. Adv., 2019, 5(1): eaau9650：基于熒光磁性孢子的微型機器人用于檢測難辨梭菌毒素；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aau9650

[8] Nat Commun 9, 3260 (2018)：具有超高縱橫比的可重構帶狀磁性微型機器人集群；https://www.nature.com/articles/s41467-018-05749-6

  香港中文大學張立教授團隊主頁：http://www.cuhklizhanggroup.com/

  香港城市大學張甲晨教授團隊主頁：https://biorobotics.site/

  中國科學技術大學王柳教授團隊主頁：https://faculty.ustc.edu.cn/liuwang/