作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 a)显示变压器形状变化的图像
磁场和近红外耦合作用下水凝胶变压器的形变过程
汞Fe3O4水凝胶的扫描电镜图像
d)明胶在螺旋和三螺旋结构之间转变的示意图
e)变形后，软变压器可以穿过窄槽
f)柔软的变压器首先变形为折叠的形状，然后通过特殊迷宫的狭窄通道，最后在大范围内恢复到原来的形状
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000208 虽然电影《变形金刚》引入了智能机器人，它们可以在具有多种功能的形状之间变形，但研究人员正在开发智能软变形金刚，以显著加快实验室的研究应用
在最近发表在《高级智能系统》上的一份报告中，张大川和中国的一个材料科学和化学科学研究小组提出了一种基于形状记忆水凝胶系统的远程控制软变压器
该团队通过将磁铁矿(Fe3O4)磁性纳米粒子嵌入含明胶的聚(N-(2-羟乙基)丙烯酰胺)双网络聚合物结构中获得水凝胶
明胶成分的可逆螺旋-三螺旋转变赋予水凝胶形状记忆和自愈合特性，而磁铁矿纳米粒子提供光热加热和磁操纵功能，使水凝胶变形，用于在磁场中导航
然后，该团队可以通过使用光照射的形状恢复来恢复变形的形状
张等
通过磁驱动和光辅助形状记忆远程控制形状记忆过程
作为概念的证明，他们创造了一系列机器人，包括可以做仰卧起坐的水凝胶运动员、水凝胶变形金刚、盛开的莲花和可以停靠在空中的水凝胶宇宙飞船
这项工作将激发设计和制造新的智能聚合物系统同步多功能
形状记忆水凝胶 虽然虚构的变形金刚允许硬机器人变形为包括车辆在内的任何形式，但软变形金刚在生命科学的基础研究和应用中更受关注
在这项工作中，张等人
描述了一种光热和磁控形状记忆水凝胶
他们将化学交联聚合物和嵌入磁铁矿纳米颗粒的可逆交联明胶网络结合起来，创造了一种光热、灵活、可磁操纵的自愈结构
随着智能聚合物材料的出现，形状记忆水凝胶受到越来越多的关注，研究人员致力于远程控制这类材料以建立不同的驱动行为
水凝胶莲花的开花过程
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000208 例如，形状记忆聚合物可以在外部刺激下固定临时形状并恢复其结构，生物医学、纺织、柔性电子和数据加密学科对此越来越感兴趣
磁性纳米粒子是引入遥控非接触致动的有效添加剂
当水凝胶被近红外光照射时，这些磁性纳米粒子会不断地将光转化为热，导致水凝胶被加热
这将导致水凝胶可逆变形，用于自由移动的软机器人
这一策略将有助于促进新型形状记忆水凝胶系统的开发，以应用于无束缚机器人
形状记忆水凝胶的性能 由于形状记忆水凝胶可以在特定的刺激下稳定地暂时记忆它们的形状，并完美地恢复原始形状，研究小组对这种材料进行了弯曲试验，他们将其组成聚合物缩写为HG
然后，他们将样品浸入热水(60摄氏度)中30秒，以诱导解聚来软化水凝胶，将其从介质中取出，并在将水凝胶重新浸入热水(60摄氏度)中后恢复形状
张等
进行一系列受控实验以验证影响水凝胶形状记忆性能的因素
作为概念的证明，该团队设计并开发了一种水凝胶花来完美地模仿莲花的绽放
水凝胶航天器和空气中水凝胶空间站的连接
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000208 当研究人员引入磁铁矿纳米粒子形成汞-Fe3O4水凝胶时，这些成分可以吸收光，并在光照射下将光转化为热，导致水凝胶的温度升高
在光-热转换过程中，该材料实现了光激活自愈
为了证明这一现象，该团队在磁场下创建了一个HG-Fe3O4水凝胶空间站，并应用近红外辐射照射连接器，并将类似航天器的结构与类似空间站的连接器对接，以实现在空气中的自我修复和重新连接。
通过光热效应和远程控制形状记忆过程恢复形状 研究小组只能在没有磁性纳米粒子的情况下，通过将温度调节到特定值来实现汞水凝胶的形状恢复
磁铁矿的加入使HG-Fe3O4水凝胶具有磁性，从而可以远程控制形状记忆恢复周期
作为概念的证明，该团队开发了一种水凝胶运动员形式的形状转换机器人，可以从二维变形到三维
在没有近红外光谱和有磁铁的情况下，水凝胶运动员可以快速“向上推”，然后在移除磁铁后恢复其形状至平坦形态
在第二个设置中，他们打开近红外光谱，用磁铁举起水凝胶运动员，然后保持磁铁打开两分钟，同时关闭近红外光谱，让运动员冷静下来
研究小组将这个姿势冻结了一段时间，之后他们通过再次打开近红外让机器人回到原来的位置
该技术可用于开发软抓取器，有利于在平移研究中作为手术机器人的应用
一名水凝胶运动员在磁场和近红外的帮助下做仰卧起坐
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000208 该团队还利用永磁体和构成HG-Fe3O4水凝胶的磁铁矿纳米粒子之间的相互作用来指导定向导航的构建
使用水凝胶，他们展示了磁感应定向导航如何引导软变压器通过迷宫
这种实验概念具有作为软载体运输货物用于生物医学中药物递送和释放的广泛应用潜力
磁定向导航和光热形状恢复
当用近红外光谱照射时，在水和空气中含有1 wt% Fe3O4的HG‐Fe3O4水凝胶的温度升高
当近红外光谱照射0、60、120、180秒时，水和空气中含有1 wt% Fe3O4的HG‐Fe3O4水凝胶的红外图像
c)变压器定向导航及其变形过程示意图
d)三爪软变压器在没有形状变形的情况下不能穿过窄切口，在磁场和近红外光的辅助下，折叠形状锁定后可以穿过窄切口
e)显示三足机器人的图像首先变形为折叠形状，然后在磁铁的引导下穿过特殊的迷宫，并在近红外照射下恢复为展开形状(能量密度为3
06瓦厘米2)
比例尺:2厘米
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000208 生命科学中的软变压器展望 通过这种方式，张大川和他的同事开发了一种新的有效的方法，将具有磁性和光热特性的软性水凝胶变压器集成到形状记忆水凝胶(SMH)系统中
所得HG-Fe3O4水凝胶具有非常有利的性质，包括非接触形状变形、磁驱动、光热性能、自愈合和在水和空气中的定向导航
该团队开发了一系列概念验证软机器人，以展示SMH系统的动态特性，并相信这一设计理念将激发生物工程和生物医学应用中新智能系统的开发
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