工程師開發出一種新型軟磁性水凝膠，可透過 3D 打印製成微米級結構。相較以往以單一整體移動的磁性材料，這種新水凝膠能讓微型機器人的個別部件獨立變形並回應外部磁場。此技術由麻省理工學院 (MIT)、洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 及辛辛那提大學的研究團隊共同開發。這些磁控軟性機器人（magno-bots）可用於醫療領域，收集微小醫學樣本或將藥物輸送到體內。「我們現時能製造出柔軟且複雜的 3D 結構，其部件可在同一微米結構內以複雜方式移動和變形。
對於軟性微型機器人或刺激響應材料而言，這可能是革命性能力，」MIT 研究作者 Carlos Portela 表示。
磁性刺激的優勢與微型機器人應用
MIT 研究團隊優先採用磁性刺激，而非光線或化學觸發，因為其速度與便利性獨特。磁場可實現即時、無線遠距控制，無需緩慢化學反應或物理接觸。此「可程式化」方法能即時操控材料特性，適用於高精度遠控微型機器人。新研究製成由特殊磁性凝膠組成的微型 3D 打印「棒棒糖」，每個小於一粒沙。當磁鐵靠近時，它能瞬間轉變為機器人夾具。 為製造小於 1 毫米的磁性響應結構，研究人員通常依賴雙光子光刻術，這是一種高解析度 3D 打印技術，利用雷射固化樹脂。
但標準磁性材料 3D 打印困難重重，因為磁性奈米粒子（本質為微小金屬顆粒）會散射雷射光並聚集成團，削弱雷射功率並損害結構完整性，常使複雜微型設計難以實現。「直接 3D 打印具高比例磁性粒子的可變形微米結構極其困難，常需在磁性功能與結構完整性間權衡，」共同首席作者 Rachel Sun 表示。 為克服打印障礙，團隊採用「雙浸」製程，在 3D 打印完成後注入磁性。
先打印純淨聚合物微結構，再浸入連續化學浴中，直接在凝膠內生長氧化鐵奈米粒子。此外，透過調整初始打印時的雷射功率，可控制凝膠密度：較緊密凝膠吸收較少離子，從而精準調節單一微型機器人內各部件的磁性。 為示範材料精度，團隊將「棒棒糖」結構磁化至不同程度。暴露於簡單冰箱磁鐵時，各部件以不同強度反應，讓整體協調移動，模擬夾持手指動作，證明這些微結構可作為複雜遠控機器人工具。
「可想像此類磁性結構如小型機器人，透過外部磁鐵導引穿梭體內，並吸附物件，例如進行活檢，」Portela 說。「這是他人可從本研究汲取的願景。」 研究人員亦設計出一款「雙穩態」開關，使用配備紅血球大小磁性「槳」的毫米長凝膠矩形。外部磁鐵翻轉槳葉，拉動並鎖定裝置至開或關位置，如遠控切換器。此機制可用作微型閥門，調節醫療裝置內流體流量。研究結果已刊載於《Matter》期刊。
