Ett team av ingenjörsforskare har gjort ett grundläggande framsteg när det gäller att kontrollera så kallade mjuka robotar, använda magnetfält för att fjärrmanipulera mikropartikelkedjor inbäddade i mjuka robotenheter. Forskarna har redan skapat flera enheter som använder sig av den nya tekniken.

"Genom att sätta dessa självmonterande kedjor i mjuka robotar, vi kan låta dem utföra mer komplexa funktioner samtidigt som vi behåller relativt enkla konstruktioner, " säger Joe Tracy, en docent i materialvetenskap och teknik vid North Carolina State University och motsvarande författare till en artikel om arbetet. "Möjliga applikationer för dessa enheter sträcker sig från fjärrutlösta pumpar för läkemedelstillförsel till utveckling av fjärrdistribuerbara strukturer."

Den nya tekniken bygger på tidigare arbete inom området självmontering, magnetiskt aktiverade kompositer av Tracy och Orlin Velev, INVISTA professor i kemi- och biomolekylär teknik vid NC State.

För denna studie, forskarna introducerade järnmikropartiklar i en flytande polymerblandning och applicerade sedan ett magnetfält för att få mikropartiklarna att bilda parallella kedjor. Blandningen torkades sedan, lämnar efter sig en elastisk polymer tunn film inbäddad med de inriktade kedjorna av magnetiska partiklar.

"Kedjorna tillåter oss att fjärrmanipulera polymeren som en mjuk robot genom att kontrollera ett magnetfält som påverkar kedjorna av magnetiska partiklar, säger Tracy.

Specifikt, magnetfältets riktning och dess styrka kan varieras. Kedjorna av järnmikropartiklar svarar genom att rikta in sig själva och den omgivande polymeren i samma riktning som det applicerade magnetfältet.

Genom att använda denna teknik, forskarna har skapat tre sorters mjuka robotar. En enhet är en konsol som kan lyfta upp till 50 gånger sin egen vikt. Den andra enheten är en dragspelsliknande struktur som expanderar och drar ihop sig, efterliknar musklernas beteende. Den tredje enheten är ett rör som är utformat för att fungera som en peristaltisk pump – en komprimerad sektion går längs med röret, ungefär som någon som klämmer ut den sista biten tandkräm genom att dra fingret längs tuben.

"Vi arbetar nu med att förbättra både kontrollen och kraften hos dessa enheter, för att främja potentialen hos mjuk robotik, säger Tracy.

Forskarna har också utvecklat ett mått för att bedöma prestandan hos magnetlyftare, såsom konsolanordningen.

"Vi gör detta genom att mäta mängden vikt som lyfts och ta hänsyn till både massan av partiklar i lyftaren och styrkan på det magnetiska fältet som appliceras, " säger Ben Evans, medförfattare till uppsatsen och en docent i fysik vid Elon University. "Vi tror att detta är ett användbart verktyg för forskare inom detta område som vill hitta ett empiriskt sätt att jämföra prestanda hos olika enheter."