Магнитные помехи открывают новые горизонты для микроробототехники

Могут ли крошечные магнитные объекты, которые быстро слипаются и мгновенно снова распадаются, однажды выполнять деликатные процедуры внутри человеческого тела? Новое исследование исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка в Штутгарте и ETH Zurich представляет беспроводной метод придания жесткости и расслабления небольшим конструкциям с помощью магнитных полей без проводов, насосов или физического контакта.

В музыке «джеминг» означает спонтанное собрание музыкантов, которые часто импровизируют, не стремясь к заранее определенному результату. В физике заклинивание описывает переход материала из жидкоподобного состояния в твердое — например, пробку, в которой поток автомобилей внезапно прекращается. Это преобразование также может быть запущено по требованию, предлагая мощный и универсальный способ управления жесткостью для роботизированные системы.

В большинстве робототехнических приложений помехи достигаются с помощью вакуумных систем, которые высасывают воздух из гибких корпусов, заполненных такими материалами, как частицы, волокна или зерна. Но для этих систем требуются насосы, клапаны и трубки, что затрудняет их миниатюризацию.

Именно здесь на помощь приходит работа Бусе Акташа, руководителя группы «Робототехнические композиты и композиции (RoCoCo)» в Институте интеллектуальных систем Макса Планка. Вместе с коллегами из ETH Zürich Акташ разработал способ заклинивания и устранения заедания. магнитные частицы используя только беспроводные магнитные поля — никаких трубок или насосов не требуется.

«Мы объединили магнитные и немагнитные материалы в композитные частицы, которые могут притягивать и сцепляться друг с другом по требованию», — объясняет Акташ. «Когда магнитное поле выключен, они легко разваливаются. Это обратимое и программируемое скопление позволяет нам дистанционно настраивать механические свойства материалов».

В статье, опубликованной в Природные коммуникации 30 сентября команда представила магнитные композитные частицы миллиметрового размера в форме кубиков, которые они поместили на платформу, окруженную магнитными катушками.

В зависимости от конструкции композита и конфигурации магнитного поля частицы притягиваются друг к другу, образуя агрегаты — вдоль линий, поверхностей или по всему объему. Полученная система позволяет конструкциям собираться, затвердевать, расслабляться или разрушаться — и все это с помощью магнитного контроля.

Хотя нынешние прототипы имеют размер в несколько миллиметров, исследователи стремятся масштабировать систему до уровня микрометра, начиная с более глубокого понимания фундаментальной физики, лежащей в основе магнитных помех.

«Вакуумные или другие методы приведения в действие, такие как электростатические системы, нелегко масштабировать», — объясняет Акташ. «Но с помощью магнетизма мы можем уменьшить размер строительных блоков, сохраняя при этом контроль над их поведением. Это представляет новую стратегию достижения беспроводного, обратимого механического управления в небольших масштабах, предлагая основу для будущих инструментов в микроробототехнике, интеллектуальных материалах, биомедицинских системах и микроманипуляциях».