Вчені з Німеччини та Австрії навчилися створювати полімерно-магнітні смужки, керовані невеликим магнітним полем з частотою до 100 герц. Це дозволяє виконувати вкрай швидкі рухи: короткочасно левітувати або переміщувати предмети і навіть ловити мух. Стаття опублікована в журналі.
Як правило, при мініатюризації роботів до розмірів порядку сантиметра і маси порядку грама розробникам доводиться відходити від класичної схеми з моторами, акумуляторами та іншими компонентами, хоча поступово з'являються і винятки. Найпоширеніша конструкція з альтернативних - це смужки, сфери або інші об'єкти з магніточутливого матеріалу, керовані зовнішнім магнітним полем. При такій конструкції харчування, обчислення та управління виносяться на віддалений апарат, а в роботі залишається лише актуатор.
Від редактора
Чи є подібні актуатори роботами - спірне питання. Але для зручності надалі в тексті замітки магнітні смужки та інші пристрої будуть називатися роботами.
Найчастіше магнітних мікророботів застосовують для переміщення по важкодоступних місцях, наприклад, всередині тіла, а також для переміщення об'єктів. Такі розробки вже існують, але багато з них вимагають створювати інтенсивне магнітне поле і нездатні рухатися швидко і з високою частотою.
Вчені під керівництвом Мартіна Кальтенбруннера (Martin Kaltenbrunner) з Лінцського університету і Дениса Макарова (Denys Makarov) з Інституту фізики іонних пучків і матеріалознавства в Дрездені навчилися створювати більш сильні і швидкі магнітні смужки, а також виявили, що за деяких умов вони здатні на асинхронні рухи.
Смужки складаються з полідіметилсілоксанової матриці і включень зі сплаву неодим-залізо-бор із середнім діаметром п'ять мікрометрів. Вчені створювали їх методом центрифугування, при якому рідкий матеріал наноситься в центр кола-підкладки, після чого він починає обертатися зі швидкістю до 12 тисяч обертів на хвилину і за допомогою відцентрової сили розподіляти невеликий обсяг рідини по всій поверхні. Після цього пластини дві години прогрівали для ствердівання і результаті виходили мембрани із заданою товщиною, яка становила від 7 до 210 мікрометрів. Потім затверділі мембрани намагалися в полі силою 2,3 Тесла, спрямованому поза їх площиною. А після цього вчені вирізали з мембран смужки потрібної їм форми.
Тестування смужок показало, що вони здатні згинатися на 90 градусів з високою швидкістю, що становить близько 25 мілісекунд при оптимальній частоті змінного поля 20 герц. Максимальна частота роботи зі згинанням на 90 градусів становить 100 герц і досягається при полі 9 міллітесла, а відкриття на 45 градусів можна проводити на частоті 200 герц. Вчені продемонстрували швидкість роботи магнітних роботів на прикладі моделі квітки, що працює як венерина мухоловка. У ролику можна побачити, що магнітна штучна квітка встигає два рази зімкнути свої пелюстки навколо мухи до того, як вона встигне полетіти.
Дослідники показали кілька практичних застосувань смужок, у тому числі захоплення для переміщення невеликих предметів, левітацію в магнітному полі і магнітного ската, що плаває у воді. Також вони виявили асиметричну поведінку симетричної смужки в змінному магнітному полі, при якому вона згинається нерівномірно з двох сторін. Вчені з'ясували, що воно залежить від частоти змінного поля і проявляється на частотах від 13 до 27 герц. У своїй статті автори лише описали ефект, але не надали розгорнуте пояснення.
У 2018 році американські вчені представили метод 3D-друку структур зі складною поведінкою в магнітному полі. Цього вдалося досягти завдяки магнітній друкуючій головці, яка задає намагніченість окремих фрагментів об'єкта при його друку.