Магнитные наночастицы для контроля мягких роботов

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали методику для использования цепочек магнитных наночастиц, чтобы манипулировать эластичными полимерами в трех измерениях, что может быть использовано для удаленного контроля в новых мягких роботах.

Способность контролировать движения мягких роботов в сочетании с их гибкостью обеспечивает им ряд потенциальных применений, начиная с биомедицинских технологий и до производственных процессов. Ученые заинтересованы в использовании магнитных полей для управления движением таких мягких роботов. Это может быть сделано удаленно, без физического взаимодействия с полимером. Магнитные поля легко получить от постоянных магнитов или электромагнитов.

Команда исследователей нашла способ встраивания длинных цепочек наноразмерных частиц магнетита в пластины эластичного полимера для формирования полимерного магнитного нанокомпозита. Прикладывая магнитное поле, ученые могут контролировать изгибание нанокомпозита, выполняемое мягким роботом.

Процесс начинается путем диспергирования наночастиц магнетита (оксид железа) в растворитель. Затем полимер растворяют в смеси, которая заливается в форму, чтобы сформировать нужную конфигурацию. Приложенное затем магнитное поле вызывает упорядоченное размещение наночастиц магнетита в параллельные цепи. Раствор сушат, фиксируя, тем самым, расположение цепочек, а полученный нанокомпозит может быть обрезан в соответствии с требуемой формой.

«Используя эту технологию мы можем создавать большие нанокомпозиты различных форм, которыми можно манипулировать удаленно», - говорит Сумит Мишра, аспирант Университета штата Северная Каролина и руководитель этого исследования. «Цепочки наночастиц обеспечивают повышенную реакцию. Контролируя силу и направление магнитного поля, можно управлять интенсивностью и направлением мягких роботов».

По мнению исследователей, данная методика может быть особенно привлекательной для некоторых биомедицинских применений по сравнению с мягкой робототехникой, использующей для управления электричество или свет. «Электрическое управление может поднять вопросы безопасности для некоторых медицинских применений, - говорит Мишра. - Как электрические, так и световые сигналы создают проблемы в плане взаимодействия этих сигналов со встроенными в тело устройствами. С другой стороны, магнитные поля легко преодолевают преграды и создают меньше проблем в плане безопасности».

Эта технология использует недорогие и широко распространенные материалы, а сам процесс относительно прост и легко выполняется, говорят исследователи.