Магнитные наночастицы улучшат мягких роботов

19.12.2015, 04:00 Наука

Новая методика использования магнитных наночастиц для манипуляции эластичными полимерами в трех измерениях разработана исследователями Государственного университета Северной Каролины. Разработка пригодится для удаленного управления новыми «мягкими роботами», считает ведущий автор Sumeet Mishra.

Возможность контролировать движение мягких роботов, в сочетании с их гибкостью, дает им много потенциальных приложений, начиная от биомедицинских технологий до производственных процессов. Исследователи заинтересованы в использовании магнитных полей для управления движением мягких роботов, потому что это может быть сделано дистанционно, без физического подключения к полимеру, и потому что магнитные поля легко получить из постоянных и электромагнитов.

Группа инженеров во главе с Mishra нашла способ встраивания длинных цепочек наноразмерных частиц магнетита в листы эластичного полимера для формирования полимерного магнитного нанокомпозита. Применяя магнитное поле, ученые могут контролировать, как нанокомпозит деформируется, что делает его мягким роботом.

Процесс начинается с диспергирования наночастиц магнетита, оксид железа, в растворитель. Полимер затем растворяют в смеси, которая заливается в форму. Затем применяется магнитное поле, в результате чего наночастицы магнетита организуются в параллельные цепи. Раствор сушат, фиксируя цепи на одном месте.

Mishra говорит: «Используя эту технику, мы можем создать большие нанокомпозиты различных форм, которыми можно манипулировать удаленно. Цепечки наночастиц дают нам улучшенную реакцию, и, контролируя силу и направление магнитного поля, можно контролировать степень и направление движений мягких роботов».

«Ключевым моментом здесь является то, что наночастицы расположены определенным образом. Речь идет о так называемой магнитной анизотропии. При наложении магнитного поля в любом направлении, цепь переориентирует себя, чтобы стать параллельной, насколько это возможно», объясняет соавтор Joe Tracy.

Исследователи полагают, эта техника может быть особенно привлекательной для некоторых биомедицинских применений, в сравнении с существующими мягкими роботами, которые полагаются на электричество или свет для контроля. «Электрическое управление может поднять вопросы безопасности для некоторых медицинских применений», отметил Mishra. Кроме того, эта техника использует недорогие и широко доступные материалы, а изготовления является относительно простым.