还记得两年前的磁驱形状记忆高分子吗，如今它已再次取得重要进展

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视频介绍

汽车人 大黄蜂在激烈的战斗中快速变形，令我们印象深刻，然而，要想在现实中拥有按需随时“变形”的“大黄蜂”似乎还很遥远。 形状可编程软材料是指具有感知环境激励能力并做出形变响应的一系列智能复合软材料，它们通常具有远程控制、快速可逆形变、形状记忆、可重构变形中的一种或者几种特性。但它们都具有各自的局限性，目前为止还没有一种材料可以集成以上提到的所有形变特性。其主要挑战来自于其中的一些特性是互相对立的，比如形状记忆要求材料在被记忆的变形状态下具有很大的刚度，但这同时又会对形变的速度产生极大的限制。 为解决上述局限和挑战，两年前，来自俄亥俄州立大学赵芮可教授团队和佐治亚理工学院齐航教授团队，开发了一种新型磁驱形状记忆高分子，将远程快速可逆驱动、形状记忆和可重构变形等特性集成于一体。 该复合材料将微米级四氧化三铁和钕铁硼颗粒加入基于聚丙烯酸酯的形状记忆高分子基体中，材料基底提供了刚度可调的特性，材料的杨氏模量受温度变化会发生剧烈反应，在25℃到85℃区间内可以从3GPa变化为2MPa，为材料同时实现低温形状记忆和高温快速驱动提供了可能； 材料的原理特性可以通过视频中展示的悬臂梁结构得到更直观的了解，当材料温度在室温左右时，材料的刚度很大，无法被磁场驱动；而当温度逐渐提高，材料的刚度逐渐降低，在同样磁场的驱动下，变形量逐渐增大；当停止加热并保持住驱动磁场，材料的刚度随着材料的冷却又逐渐提高，当材料降到室温时，此时再撤去驱动磁场，材料可以保持住之前的形变。 利用该材料的特性，该团队还展示了一系列有趣的应用，包括可以抓取重物的软抓手，仿生花的开放以及时序逻辑电路等等。 看到这，你是不是一边觉得材料神奇的同时，又一边诧异进度条还有一大半？没错！ 今年6月19日，合作团队在多功能磁驱软材料研究领域再次取得重要进展。研发出了一种新型磁性动态高分子复合材料，实现远程控制的磁驱软材料模块化熔焊组装、磁化分布重编辑以及复杂三维结构加工和重构。 该材料具备远程控制和响应的机制，实现无线驱动的形态变化。通过将驱动力与驱动材料分开，小尺寸的功能化材料成为了可能。如此就可实现远程控制复杂材料的变形和运动，这种材料一般用于做小型软体机器人，尤其可以用于医疗领域中的微创和无创操作。 以做手术为例，当前大多需要开刀。但是，通过结合对传统外科手术的学习，结合前沿的磁性材料的软体机器人，未来可实现直接以远程微创甚至无创的形式在人体内做手术。 而关于动态高分子交联网络、与硬磁颗粒相结合的具体过程，研究人员也解释了一番，简单来说就是该材料在加热后，在微观下的高分子链可以一定程度的断开并重新连接，通过此方式实现宏观的焊接和可编程重构等多个功能。 此前在磁性材料领域，尚无材料可实现无缝焊接，也没有材料可通过加热和加磁场的结合，来实现多功能的集成。而该工作提出一种加工复杂的三维软结构的方式，也就是利用材料的特性，把其当成一种加工方式，这在之前是没有的。 之前的磁性材料，在添加磁场后的确可出现变形，但把磁场撤掉后，材料外形就会恢复原状。 而该团队通过磁场和热场的耦合，一是可让材料变形，二是可让材料产生不同的稳定形状。 研究中，他们制备出一种平面剪纸结构，先给其加上磁场驱动，然后再通过光照对其进行加热，这时材料内应力就会逐渐释放，并可重构成为力学多稳态的复杂三维结构，且能用于三维结构之间的永久形状改变。 针对不同的平面剪纸结构设计，在对其进行永久形状重构后，该团队分别实现了结构单稳态、结构向双稳态、以及四重稳态结构的转变。 通过远程控制模块导航与组装，并集成形状与磁化的重构功能，该团队还实现了磁驱材料形状与驱动模式的高度定制化与可编程化。 利用三维磁场操控模块的翻滚和旋转运动，可对不同模块的组装进行远程控制。此外，利用激光还可实现远程焊接，进而可获得复杂的磁驱组装结构。 其中，还可实现对同一结构的重构磁化分布和永久变形，这样一来结构的驱动模式和功能也会被改变。 这样的好处在于，假如让材料到受限制空间中运动，往往无法让大物体进入狭窄空间，但可以让各种模块，在远程磁场的趋势下，像变形金刚一样自己组成功性能软体机器人。 这种新概念材料将极大提高变形软材料可编程变形能力，多功能性与可持续性，也为下一代多功能组装体、可编程驱动器、组合机器人与功能材料新型加工提供新的解决方案。 对此，你怎么看呢？