磁性软体机器人凭借形状可编程性、高柔顺性和物理适应性，在生物医学、工业、海洋探索、搜索救援等场景中展现出巨大潜力，其变形与功能实现源于外部磁场与机器人固有磁化分布的相互作用。磁驱动是软体机器人在受限环境中操作的最优策略之一，但现有研究始终无法实现实时原位磁化重新编程，而这一能力是机器人执行多任务、实现多功能的核心关键。近期发表于国际顶级期刊Nature的文章Real-time in situ magnetization reprogramming for soft robotics提出了一种适用于磁性软体机器人的实时原位磁化重编程方法，突破了传统磁驱动软体机器人难以在操作现场实时重构磁化配置的技术瓶颈，实现了不同维度、多种场景下的灵活变形与精准操控，为磁驱动技术的发展开辟了新路径，也拓展了磁性软体机器人在生物医学、工业等领域的应用边界。
实时原位磁化重编程
（1）核心定义：将磁性单元定义为连续区域内具有统一磁化方向的磁性材料集合，其界定仅由磁化方向决定，与体积无关；磁性单元载体是软机器人中运输磁性单元的组件，可采用嵌套管、内置杆等形式，在外力作用下完成移动。
（2）通用框架：该方法构建了适配各类软体机器人的通用框架，可集成从磁性颗粒到永磁体的多种磁性单元，能根据需求定制磁单元位置以生成不同磁化分布，实现多样变形，且可与可调磁场结合进一步扩大形状变形的范围与多样性。同时，该框架可实现单个、多个甚至无数个磁性单元的灵活配置，适用于不同维度的机器人形态。
（3）多维度实现：一维以管状机器人为平台，采用嵌套多管设计，通过调整管间相对位置、扩展单管磁单元数量生成多种磁化轮廓，探索出A-G多种配置，各配置具备选择性磁激活、形状保持、复杂变形快速切换等独特特性，且磁单元位移、磁场强度的变化会进一步丰富变形形态；二维以片状机器人为平台，通过孔洞设计方便杆件移动，调整磁单元布局实现形状变换，开发了A-D四种配置；三维是二维技术的空间扩展，以软质盒状机器人为平台，在相同磁场下通过调整磁单元布局实现实时变形，让一维的变形特性在空间中得到延伸。
关键特性
实验中发现了该磁化重编程方法的两个核心特性，成为实现复杂操控的基础，也是区别于传统方法的关键所在。
（1）磁性中和：当两个磁化强度相同、方向相反的磁单元沿轴向在管内对齐时，磁化强度相互抵消，机器人呈现非磁化状态，磁力也被有效抵消，可避免不必要的变形。该特性能让软体机器人的磁化被选择性激活或关闭，实现多机器人在同一磁场中的选择性操控，为多器械协同操作提供了可能。
（2）磁性反转：当-m的磁单元与m的磁单元沿轴向对齐时，目标单元的磁化强度保持不变，方向发生反转。利用该特性，可在不改变外部磁场的情况下反转机器人的变形方向，为同一磁场内的复杂操作创造了新条件，在纤毛阵列重编程中发挥了重要作用。
研究同时指出，驱动磁单元载体相对运动的力可来自电机、气动、液压、压电装置等多种驱动器，进一步提升了方法的通用性，且相关理论分析、制造细节、设计方案与调优策略均已完善。
应用验证
为验证方法的实用性，研究选取四个典型应用场景展开实验，充分证明了该方法在不同领域的应用潜力，且所有实验均通过对比传统方法凸显了技术优势。
（1）非接触式物体导航：针对微创手术中器械易与组织接触的问题，基于一维C配置设计嵌套杆状导管，通过实时调整磁化分布实现软管无接触绕过障碍物。完成了简化场景、血管模型的无接触导航实验，并在猪心体外实验中实现了理想接触场景，还成功实现三维场景的非接触操控。针对长距离、高曲率等操作挑战，提出分段设计、多磁场控制等四种方法，实现了305毫米自制管、1240毫米商用导管的可操作长度，满足多数实际应用需求。
（2）可重编程纤毛阵列：基于一维A、B配置，实现了纤毛的定向激活、弯曲幅度调制与相位调制。定向激活可选择性操控单根或阵列中特定纤毛的活跃/非活跃状态，可实现物质沿预定路径运输；弯曲幅度调制通过改变磁单元相对位置，在不改变磁场的情况下调整纤毛弯曲幅度，实现多种运动模式；相位调制利用磁性反转特性改变磁化方向，实现纤毛相位调整，可实时调制流体驱动方向，提升流体操控的灵活性与效率。三种调制方式结合还能实现更复杂的纤毛驱动模式。
（3）多仪器协同操作：利用磁性中和特性让仪器选择性响应外部磁场，结合磁单元位置调整实现实时形状变换，解决了传统磁驱动无法在同一磁场中独立控制多个目标的难题。实验中实现了两根软管在同一均匀磁场中的独立、无干扰变形，并基于医疗场景构建了三个实验，完成了多器械协同治疗、多目标依次操作、带障碍的诊断治疗等任务。同时，利用一维G配置结合磁性中和特性，实现了单轴恒定磁场下的三维协同操作，该方法也可应用于微装配等工业场景。
（4）形状可适应的软质夹具：突破了传统磁性软夹具依赖外部磁场、可实现形状有限的问题，通过改变软夹具自身的磁化分布实现变形，凭借柔韧性与适应性实现对不同形状物体的有效抓取，提升了软夹具的适用范围，为工业抓取提供了新方案。
面临挑战
研究证实该方法可顺利应用于毫米和亚毫米尺度，但进一步微型化会面临三大核心问题：一是软机器人组件制造难度增加，如浸涂法在管径小于1毫米时，会因表面张力无法实现均匀涂覆；二是组件间的摩擦随尺寸缩小而增大；三是磁单元的位置精度难以保证，且尺寸越小，位置控制系统的复杂性越高。针对上述问题，研究提出了相应的解决思路：探索新型制造方法以适配更小尺寸的组件；通过提高制造精度、增加润滑减少组件间摩擦；采用精确的位置控制系统提升磁单元定位精度；对于更小尺度，可尝试热、光、化学驱动等替代机制克服现有位置控制系统的局限，为后续技术的优化与落地指明了方向。
前景展望
整体而言，该实时原位磁化重编程方法为磁性软体机器人的发展提供了全新解决方案，其多维度适配、多场景通用的特性打破了传统磁驱动技术的诸多限制，而对微型化挑战的分析与应对思路，也为后续的研究与实际应用奠定了基础，推动磁驱动技术向更高效、更灵活、更广泛的方向发展。
