Šie formą keičiantys įtaisai išsilydo ir vėl formuojasi dėl magnetinių laukų


Formą keičiantys skysto metalo robotai gali neapsiriboti moksline fantastika.

Miniatiūrinės mašinos gali pereiti iš kieto į skystą ir vėl atgal tyrėjai praneša sausio 25 d. Reikalas.

Ši fazių poslinkio savybė, kurią galima valdyti nuotoliniu būdu naudojant magnetinį lauką, yra metalinio galio dėka. Tyrėjai įmetė metalą magnetinėmis dalelėmis nukreipti metalo judesius magnetais. Ši nauja medžiaga gali padėti mokslininkams sukurti minkštus, lanksčius robotus, kurie gali prasiskverbti per siaurus praėjimus ir būti nukreipti iš išorės.

Mokslininkai daugelį metų kūrė magnetiniu būdu valdomus minkštus robotus. Dauguma esamų šių robotų medžiagų yra pagamintos iš tamprių, bet tvirtų medžiagų, kurios negali praeiti siauriausioje erdvėje, arba magnetiniai skysčiaikurios yra skystos, bet negali nešti sunkių daiktų (SN: 7/18/19).

Naujajame tyrime mokslininkai sumaišė abu metodus po to, kai rado įkvėpimo iš gamtos (SN: 3/3/21). Pavyzdžiui, jūros agurkai „gali labai greitai ir grįžtamai pakeisti savo standumą“, – sako mechanikos inžinierius Carmel Majidi iš Carnegie Mellon universiteto Pitsburge. „Mūsų, inžinierių, iššūkis yra tai imituoti minkštųjų medžiagų sistemose.

Taigi komanda kreipėsi į galią, metalą, kuris tirpsta maždaug 30 ° C temperatūroje – šiek tiek aukštesnėje nei kambario temperatūroje. Užuot prijungę šildytuvą prie metalo gabalo, kad pakeistų jo būseną, mokslininkai veikia jį greitai kintančiam magnetiniam laukui, kad jį suskystintų. Kintamasis magnetinis laukas generuoja elektros energiją galio viduje, todėl jis įkaista ir tirpsta. Medžiaga vėl sukietėja, kai paliekama atvėsti iki kambario temperatūros.

Kadangi magnetinės dalelės apibarstomos visame galyje, nuolatinis magnetas gali jį vilkti. Kieto pavidalo magnetas gali perkelti medžiagą maždaug 1,5 metro per sekundę greičiu. Atnaujintas galis taip pat gali nešti apie 10 000 kartų didesnį svorį.

Išoriniai magnetai vis tiek gali manipuliuoti skysčio forma, todėl ji ištempiama, suskaidoma ir susilieja. Tačiau kontroliuoti skysčio judėjimą yra sudėtingiau, nes galio dalelės gali laisvai suktis ir dėl lydymosi jų magnetiniai poliai nesutampa. Dėl savo skirtingos orientacijos, reaguodamos į magnetą, dalelės juda skirtingomis kryptimis.

Majidi ir kolegos išbandė savo strategiją mažose mašinose, kurios atliko skirtingas užduotis. Demonstracijoje tiesiai iš filmo Terminatorius 2Žaislinis asmuo pabėgo iš kalėjimo, išsilydęs per strypus ir iš naujo sukietėjęs pradine forma, naudodamas pelėsį, padėtą ​​už grotų.

Kalbant apie praktiškesnę pusę, vienas aparatas iš pavyzdinio žmogaus skrandžio pašalino mažą rutulį, šiek tiek ištirpdamas, kad apsivyniotų aplink svetimkūnį prieš išeinant iš organo. Tačiau pats galis pavirstų tikrame žmogaus kūne, nes metalas yra skystis esant kūno temperatūrai, maždaug 37°C. Biomedicinoje į galią būtų dedama dar keletas metalų, tokių kaip bismutas ir alavas. pakelti medžiagos lydymosi temperatūrą, teigia autoriai. Kitoje demonstracijoje medžiaga suskystėjo ir vėl sukietėjo, kad būtų lituojama plokštė.

Kintamų ir nuolatinių magnetų pagalba mokslininkai galio gabaliukus pavertė formą keičiančiais prietaisais. Pirmajame klipe žaislinė figūrėlė pabėga iš kalėjimo suskystėjusi, praslysdama per strypus ir vėl sutvirtėja naudojant formą, esančią šalia strypų. Antrame klipe vienas prietaisas išima rutulį iš modelio žmogaus skrandžio, šiek tiek ištirpdamas, kad apsivyniotų aplink svetimkūnį ir išeitų iš organo.

Nors ši fazes keičianti medžiaga yra didelis žingsnis šioje srityje, išlieka klausimų dėl jos biomedicinos pritaikymo, sako biomedicinos inžinierius Amiras Jafari iš Šiaurės Teksaso universiteto Dentone, kuris nedalyvavo darbe. Pasak jo, vienas didelis iššūkis yra tiksliai valdyti magnetines jėgas žmogaus kūne, kurias sukuria išorinis įrenginys.

„Tai įtikinamas įrankis“, – sako robotikos inžinierius Nicholas Bira iš Harvardo universiteto, kuris taip pat nedalyvavo tyrime. Tačiau, priduria jis, mokslininkai, tyrinėjantys minkštąją robotiką, nuolat kuria naujas medžiagas.

„Tikroji būsima naujovė yra šių skirtingų naujoviškų medžiagų derinimas.