Scalable control of pneumatic and fluidic networks remains fundamentally constrained by architectures that require continuous power input, dense external control hardware, and fixed routing topologies. Current valve arrays rely on such continuous actuation and mechanically fixed routing, imposing substantial thermal and architectural overhead. Here, we introduce the Switchable-polarity ElectroPermanent Magnet (S-EPM), a fundamentally new bistable magnetic architecture that deterministically reverses its external magnetic polarity through transient electrical excitation. By reconfiguring internal flux pathways within a composite magnet assembly, the S-EPM establishes two stable, opposing magnetic configurations without requiring sustained power. We integrate this architecture into a compact pinch-valve to robustly control pneumatic and liquid media. This state-encoded magnetic control enables logic-embedded fluidic networks, including decoders, hierarchical distribution modules, and a nonvolatile six-port routing array. These systems provide address-based routing and programmable compositional control, offering features like individual port isolation that are impossible with standard mechanically coupled rotary valves. By embedding functionality in persistent magnetic states rather than continuous power or static plumbing, this work establishes a scalable foundation for digital fluidics and autonomous laboratory platforms.


翻译:气动与流控网络的可扩展控制,从根本上受限于需要持续供电、依赖密集外部控制硬件且具有固定路由拓扑的架构。现有阀门阵列依赖此类持续驱动和机械固定的路由方式,带来了显著的热负载和架构开销。本文提出可切换极性电磁阀——一种全新的双稳态磁结构,通过瞬态电激励可确定性地反转其外部磁极性。通过重构复合磁组件内部的磁通路径,该结构建立了两个稳定的、极性相反的磁态,无需持续供电。我们将该架构集成到紧凑型夹管阀中,以实现对气动和液体介质的稳健控制。这种状态编码的磁控机制能够构建嵌入逻辑的流控网络,包括解码器、层级分配模块以及一个非易失性六端口路由阵列。这些系统实现了基于地址的路由选择和可编程组合控制,提供了如独立端口隔离等标准机械耦合旋转阀无法实现的功能。通过将功能嵌入持久磁态而非持续供电或固定管路,本工作为数字流控和自动化实验室平台奠定了可扩展的基础。

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