Forma minnesfäste som innehåller magnetkedjor. (A) Aktivering och (B och C) simuleringar av en DiAPLEX fribärande film som innehåller kedjade magnetiska partiklar. Den permanenta magneten (∇H) och lysdioden indikeras i panelen längst upp till vänster. (B) Konturerna visar graden av aktivering (0, platt; 1, kontaktmagnet) av ett simulerat glödtråd över en rad positioner och temperaturer. (C) Simulerade stillbilder motsvarar diskreta punkter längs banan som anges i (B), på ett avstånd av 2,3 cm från magneten, vilket överensstämmer med den experimentella geometrin till vänster. Se filmerna S1 och S2 för experiment och simuleringar av konsolen. Kredit:Jessica A.-C. Liu, North Carolina State University.
Forskare från North Carolina State University och Elon University har utvecklat en teknik som gör att de kan fjärrstyra rörelsen hos mjuka robotar, lås dem på plats så länge som behövs och konfigurera sedan om robotarna till nya former. Tekniken bygger på ljus och magnetiska fält.
"Vi är särskilt glada över omkonfigurerbarheten, " säger Joe Tracy, professor i materialvetenskap och teknik vid NC State och motsvarande författare till en uppsats om arbetet. "Genom att konstruera materialets egenskaper, vi kan fjärrstyra den mjuka robotens rörelse; vi kan få den att hålla en given form; vi kan sedan återställa roboten till sin ursprungliga form eller ytterligare modifiera dess rörelse; och vi kan göra detta upprepade gånger. Alla dessa saker är värdefulla, när det gäller denna tekniks användbarhet i biomedicinska eller rymdtillämpningar."
För detta arbete, forskarna använde mjuka robotar gjorda av en polymer inbäddad med magnetiska järnmikropartiklar. Under normala förhållanden, materialet är relativt styvt och håller sin form. Dock, forskare kan värma upp materialet med hjälp av ljus från en lysdiod (LED), vilket gör polymeren böjlig. En gång böjlig, forskare visade att de kunde styra robotens form på distans genom att applicera ett magnetfält. Efter att ha format den önskade formen, forskare kunde ta bort LED-ljuset, låter roboten återgå till sin ursprungliga styvhet – vilket effektivt låser formen på plats.
Genom att applicera ljuset en andra gång och ta bort magnetfältet, forskarna kunde få de mjuka robotarna att återgå till sina ursprungliga former. Eller så kan de applicera ljuset igen och manipulera magnetfältet för att flytta robotarna eller få dem att anta nya former.
Vid experimentell testning, forskarna visade att de mjuka robotarna kunde användas för att bilda "gripare" för att lyfta och transportera föremål. De mjuka robotarna kan också användas som fribärare, eller vikta till "blommor" med kronblad som böjer sig åt olika håll.
"Vi är inte begränsade till binära konfigurationer, som att en gripare antingen är öppen eller stängd, säger Jessica Liu, uppsatsens första författare och en Ph.D. student vid NC State. "Vi kan styra ljuset för att säkerställa att en robot kommer att hålla sin form när som helst."
Dessutom, forskarna utvecklade en beräkningsmodell som kan användas för att effektivisera designprocessen för mjuka robotar. Modellen låter dem finjustera en robots form, polymer tjocklek, överflödet av järnmikropartiklar i polymeren, och storleken och riktningen av det erforderliga magnetfältet innan man konstruerar en prototyp för att utföra en specifik uppgift.
"Nästa steg inkluderar att optimera polymeren för olika applikationer, "Säger Tracy." Till exempel, tekniska polymerer som svarar vid olika temperaturer för att möta behoven för specifika applikationer."
Pappret, "Fototermiskt och magnetiskt kontrollerad omkonfigurering av polymerkompositer för mjuk robotik, " visas i journalen Vetenskapliga framsteg . Tidningens första författare är Jessica Liu, en doktorsexamen student vid NC State. Tidningen var medförfattare av Jonathan Gillen, en tidigare grundutbildning vid NC State; Sumeet Mishra, en före detta Ph.D. student vid NC State; och Benjamin Evans, en docent i fysik vid Elon University.
