软体机器人作为柔性机械与智能材料相结合的创新产物，因其卓越的柔韧性和适应复杂环境的能力，成为科学研究和工业应用的热门领域。磁性软体机器人凭借形状可编程、无接触驱动和生物兼容性强等优势，在医疗微创手术、工业操控、海洋探测等多方面展现出广阔的应用前景。然而，磁性软体机器人面临的核心挑战之一是无法在运行过程中实时调整其内在磁化分布，从而限制了机器人的形态变化和功能多样性。针对这一限制，近期突破性的“实时原位磁化重编程”技术引起了学术界和工业界的高度关注，标志着软体机器人技术进入了一个全新的发展阶段。 实时原位磁化重编程技术通过动态调节软体机器人内部磁单元的位置与排列，实现了机器人磁化图谱的即时变化，不再依赖外界复杂磁场变化来驱动形态转变。传统磁性软体机器人执行任务时，机器人的形态和动作受限于预设的磁化方向和外部磁场的空间调控，这在面对多功能操作、多任务切换时显得捉襟见肘。
该技术突破了这一瓶颈，通过携带磁单元的载体机构，例如套管或内嵌杆的相对运动，实现了磁单元的重新组合和磁化强度与方向的灵活调节，使机器人能够实时调整形态以适应不同工作环境及任务需求。 在实现机制上，磁单元被定义为具备统一磁化方向的磁性区域，这些区域的大小和形状可根据设计需要变化。载体结构支持磁单元相对移动，通过控制载体的微调，机器人可以快速切换磁化配置。例如，一维管状软体机器人通过套管之间的嵌套和轴向位移，实现螺旋形和线性形态的无缝转变。二维和三维结构通过类似的空间调节策略，拓展了形变的自由度与复杂度。更重要的是，这种内在磁化重编程技术使得软体机器人摆脱了对复杂磁场生成系统的依赖，简化了控制体系，提升了实用性和操作便捷性。
此项技术的应用潜力巨大。首先，在医疗领域，实时原位磁化重编程带来了微创手术器械导航的全新可能性。传统磁导航往往导致医疗器械与血管或组织的直接接触，增加了损伤风险。利用本技术，软体手术器械能够通过调整内部磁单元位置，在固定磁场下保持特定形态，从而实现无接触绕行术区、精确定位治疗，大幅提升手术安全性和效率。基于这一特性，研究团队演示了软管绕过障碍物且弯曲节点位置固定的控制模式，成功避开血管壁，验证了该技术在临床介入手术中的应用前景。此外，三维空间中更复杂的路径导航亦得以实现，突破了平面磁场操作的局限。
其次，在仿生软体系统中，通过重编程磁化方向和强度，实现了可调控的“纤毛阵列”多级功能。纤毛作为自然界中重要的流体驱动和物质运输单元，其人工模拟对生物医学和微流控系统意义重大。借助磁化重编程技术，科研人员能够目标激活、调节波幅和相位，实现复杂的动作模式和流动方向切换。这种多参数控制不仅丰富了纤毛的运动方式，也提升了驱动流体的灵活性和定向精度，展示了未来人工纤毛在微纳传输、自清洁和局部环境调节等领域的潜力。融合激活与相位调整功能，更可实现复杂顺序动作和动态响应，推动智能表面和可编程材料的研究发展。 此外，实时磁化重编程技术使得多器械协同操作成为现实。
在同一均匀磁场下，利用磁性单元的磁中和与磁反转特性，多个软体机器人可以独立切换“激活”或“静止”状态，实现相互间不干涉的复杂动作协调。该功能尤其适用于医疗诊断和治疗场景，医生可通过调节内部结构，实时控制多个导管或器械，以应对多靶点、多任务操作需求。实验展示了两根软管在统一磁场下各自独立调节弯曲形态，并实现障碍绕行等复杂操作。这种多主体控制策略打破了传统磁驱动机器人只能单一操控的瓶颈，拓展了磁驱动系统在医疗和微操控领域的适应范围。 在工业与制造领域，磁化重编程带来了软体夹持装置的灵活形变能力。通过调节每个“手指”中的磁单元位置，软体夹持器可以在统一磁场下实现多种手势和夹取姿态，高效适应不同形状和结构的物体。
这种动态形态适应能力提升了夹持的稳定性和适用性，避免了传统硬质机械手臂在面对形状复杂或易碎物品时的限制。两个软体夹持器的协作更模拟了人手多指配合，能够完成复杂夹持任务。这为柔性制造、机器人装配和精密操作提供了强有力的技术支持。 从技术角度来看，实时原位磁化重编程的实现依赖于精准的制造工艺与复杂的材料复合技术。磁性软体结构采用多层涂覆及3D打印模具成型，融合磁性颗粒与弹性基体材料，经高强度磁化设备（如振动样品磁强计）进行预磁化，确保磁单元的性能与稳定性。通过内嵌可移动管件和杆件，结合先进的致动器（电机、气动或压电等），精确控制磁单元载体的相对运动，实现磁图谱的可控切换。
同时，软体机构设计考虑了变形过程中刚度、摩擦力以及载体间相互作用，保证系统响应一致性和复现性。理论上，基于伪刚体模型和弹性力学的多物理场耦合计算对系统形变进行了预测验证，仿真结果与实验高度吻合。随着制造工艺的持续进步，小尺度以及更复杂形态的软体机器人研发正逐步成为可能。 当然，实时磁化重编程技术仍存在诸多挑战。尺寸微缩带来的制造和控制难题需通过创新工艺和材料研发克服，例如纳米级磁性颗粒定位技术和低摩擦微机械组件设计。刚度变化引发的形变不对称问题需要更精细的力学模型与反馈控制方案。
此外，多载体、多磁单元系统的控制复杂度和成本影响也需综合考虑，平衡设计的精密性与工程可行性。在未来发展中，结合人工智能、机器学习和高级传感器，可实现高效的在线形态调节与自主决策，推动软体机器人从实验室走向多行业的实际应用。 总体而言，实时原位磁化重编程技术代表了软体机器人领域重大突破，不仅革新了磁性驱动的操作理念，更为软体机器人的多功能性、适应性和智能化铺平了道路。从微创医疗到高灵敏度自动化装配，从智能纤毛系统到形态自由的柔软夹持，这一技术的引入极大拓展了软体机器人操作的边界和应用空间。随着相关技术不断成熟，未来磁性软体机器人将在更多复杂且高精度的场景中展现其巨大价值，推动智能制造、精准医疗、环境监测等领域迈入新时代。
