24、形状可编程磁性微型机器人：制造方法与运动功能解析

形状可编程磁性微型机器人：制造方法与运动功能解析

1. 制造方法概述

在过去二十年里，为了制造出具有所需几何形状和编程磁化分布的形状可编程磁性微型机器人，人们开发了多种制造方法。通常，使用弹性体和水凝胶等软材料来构建这些机器人是比较理想的，因为这能让机器人更轻松地实现所需变形。为了实现磁驱动，这些软材料中通常会嵌入纳米或微米级的磁性颗粒，这些磁性颗粒可以具有高剩磁的硬磁特性或低剩磁的软磁特性。嵌入硬磁颗粒的机器人比具有软磁特性的机器人更容易分析，因为它们的磁化分布与驱动磁场无关。

1.1 成型法

• 传统成型法 ：成型法是一种流行的方法，可根据所需的平面几何形状制造具有硬磁特性的形状可编程机器人。机器人成型后，会被放入夹具中，然后用强均匀磁场（1.1 - 1.7T）进行磁化。磁化过程使机器人在从夹具中取出后获得所需的变向磁化分布。虽然大多数机器人采用这种方法构建了二维变向磁化分布，但该方法也能赋予机器人三维变向磁化分布。
• 两步激光成型法 ：2016年，Lum等人通过两步激光成型工艺扩展了这种制造方法，使梁形结构的机器人具有二维方向和大小可变的磁化分布。在梁在夹具中磁化之前，两步成型过程允许磁性和非磁性颗粒沿其体内平面轴进行非均匀分布。因此，磁性颗粒浓度较高的区域在机器人磁化后会具有更大的磁化强度。这种制造方法效率很高，能制造出各种功能强大的梁形结构的形状可编程机器人。然而，这种变幅方法不能应用于具有三维几何形状的机器人，因为无法调整机器人所有轴上磁性颗粒的分布。

方法