Mjuka material, såsom gummi eller polymerer som kan uthärda drastiska förändringar i sin form, är lovande för applikationer där flexibilitet och formskiftningsförmåga är av största vikt.

Till exempel, dessa material kan användas för att skapa mjuka robotar lämpade för specialiserade uppgifter, allt från medicinsk utrustning som kan navigera runt inne i kroppen till robotar för sök- och räddningsuppdrag som kan klämma sig igenom små öppningar.

Men för att driva en mjuk robots rörelser eller transformationer, forskare använder ofta ställdon som måste kopplas fysiskt till roboten, vilket begränsar dess användbarhet.

"Dessa ställdon är vanligtvis mycket större än själva roboten, säger Stephan Rudykh, en professor i maskinteknik vid University of Wisconsin–Madison. "Till exempel, du kanske har en enorm tank med tryckluft som är fäst vid roboten med en kabel och används för att blåsa upp de mjuka materialen och driva roboten."

Ett team som leds av Rudykh har utarbetat ett sätt att klippa den sladden.

I en artikel publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , forskarna visade en metod för att använda magnetfält för att på distans inducera mjuka kompositmaterial för att omordna sin inre struktur till en mängd nya mönster.

"Vi visade att i ett relativt enkelt system, vi kunde få ett mycket brett spektrum av olika mönster som styrdes av nivån på magnetfältet, inklusive mönster som skulle vara omöjliga att uppnå genom att tillämpa enbart mekanisk belastning, " säger Rudykh. "Det här framsteg kan göra det möjligt för oss att designa nya mjuka material med förbättrad prestanda och funktionalitet."

Möjligheten att justera ett materials fina inre struktur på detta sätt gör det möjligt för forskare att skräddarsy dess fysiska egenskaper och till och med slå på och av olika egenskaper efter önskemål. Och eftersom utnyttjande av magnetfält eliminerar behovet av direktkontakt eller irriterande kablar, nya mjuka material kan vara användbara för tillämpningar som medicinska implantat, säger Rudykh.

I samarbete med forskare från Air Force Research Laboratory, teamet demonstrerade och analyserade de nybildade mönstren med hjälp av ett mjukt elastomermaterial. Inuti det mjuka materialet, teamet bäddade in små partiklar av styva, magnetiserbart material i ett enkelt periodiskt mönster.

Sedan, forskarna applicerade olika nivåer av magnetfält på materialet, vilket fick de magnetiserade partiklarna att ordna om och skapa krafter och påkänningar i det mjuka materialet.

Rudykh säger att de nya mönstren som uppstod från de omarrangerade partiklarna varierade från mycket organiserade och upprepande mönster till unika mönster som till synes har storskalig ordning men är oorganiserade på lokal nivå.

"I synnerhet, vi kan ställa in magnetfältet för att producera ett önskat mönster och ändra materialets egenskaper, " säger Rudykh. "Jag är glad att ytterligare utforska detta fenomen i mer komplexa materialsystem."