慢慢緊握你的拳頭，你會觀察到，你的皮膚和肌肉在大腦的指揮下逐步改變形狀。想像一下，如果要利用電腦編程技術，在柔性材料或仿生結構上創造出類似的動態效果，又談何容易？
事實上，以現時的電腦運算能力，這幾乎是不可能的任務。然而，中大機械與自動化工程學系張立教授帶領的團隊針對磁性軟材料所開發的嶄新逆向編程技術，為這項技術瓶頸帶來突破。
以光線拿捏磁性軟材料形狀
這項革命性技術的核心，是一個結合激光、磁力與水凝膠的過程。研究團隊將磁性顆粒摻入水凝膠，並採用名為「光固化」（photocuring）3D打印技術，通過精準控制光源，將對紫外線敏感的水凝膠印製成不同的二維紫外光圖案。團隊通過在打印過程中調整不同區域的紫外線光源曝光時間，創造出具有不同特性的磁性水凝膠。
張教授解釋指：「光固化讓我們能將水凝膠轉化為不同形狀。通過精確控制光線強度，我們可以對材料進行編程，設定出所需的磁性反應行為。」
磁性軟材料逆向編程的技術突破
傳統的磁性編程技術需要預測材料的反應行為，這是一個耗時的反覆試錯過程，更無法保證高準確度。相比之下，中大團隊開發的逆向編程技術，能夠精準調節磁性軟材料內部的磁化分布，以實現預期的磁性反應行為，例如，利用數學建模方法對材料施加磁場，使其出現彎曲或摺疊等反應。這種方法不僅省時，而且準確度極高。
張教授指：「我們使用安裝在三維移動平台上的矩形磁鐵來控制磁場，通過電機調整移動平台的位置，可以利用磁鐵與磁性材料之間的距離來增加或減弱磁場強度。同時，我們還能改變磁鐵的方向來調整磁場方向，使磁性水凝膠暴露於可調節的磁場之中，從而轉化成所需的形狀。」
定製醫療貼片精準輸送藥物
過去十年，張教授的團隊一直在研究可應用於生物醫學的磁控軟體機器人，讓這些機器人完成傳統剛性機器人無法勝任的工作。 這項最新的逆向編程技術就是建基於他們過往對軟材料和驅動器的磁性編程研究之上。
新技術目前已在人體內和體外，以及實驗室中進行了廣泛測試。團隊計劃對大型動物及臨床前模型進行進一步測試。張教授預計，當中會涉及將藥物裝載到定製醫療貼片中，精確傳送到指定部位的實驗。
張教授解釋道：「利用3D打印技術製作的可編程磁性水凝膠，可以通過施加脈衝磁場在人體內拉伸或扭轉成各種形狀，使之能夠緊密貼合至不同表面，例如病者的消化道。」
他補充道：「人體內部極為複雜，大多數器官都呈不規則三維形狀。因此，要開發出能在人體內精準傳送藥物到特定位置的醫療貼片，是一項極具挑戰性的任務。中大團隊開發的這項新技術不僅創造出可以在體內大幅彎曲、扭轉和變形的新材料，還提供了一種框架 ，讓其他人也能製作所需的形狀和物料。」
以治療胃潰瘍為例，醫生可以根據病灶的形狀，定製藥性醫療貼片，再通過磁場驅動經過磁編程的軟體機器人對達並貼附在病灶處，釋放藥物，以達到預期的治療效果。
醫學以外的應用
磁性軟材料的應用潛力不僅限於醫療領域，還能擴展至資訊儲存。
張教授說：「我們還可以透過控制光源分布對磁性軟材料進行編程，自由調整其磁化排列以組成不同形態，從而實現資訊儲存的功能。例如，將油畫或二維碼圖案轉化為特定的磁化分布，再利用我們的方法製造出製造出相應形狀的磁性軟材料。」
這些磁化資訊肉眼不可見，但可以透過磁光顯微鏡等設備輕鬆讀取。
同樣的特性亦可以在三維空間中應用，如實現精確的人臉複製。磁性軟材料不僅可以彎曲和扭曲成不同形狀，其未來發展和實際應用潛力亦無可估量。
