Коллективные магнитные колебания для управления жидкостями и мягкой робототехники

Исследователи из Университета Ханьян разработали инновационный массив микростолбиков, способный к коллективным и быстрым магнитным колебаниям. Эта технология демонстрирует значительный потенциал для передовых приложений и была недавно описана в журнале ACS Nano.
Коллективные магнитные колебания для управления жидкостями и мягкой робототехники
Изображение носит иллюстративный характер

Ведущим исследователем проекта является Чон Чжэ (JJ) Ви, доцент кафедры органической и наноинженерии Университета Ханьян. В работе также участвовали Чжун О Ким из Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки (KRISS), а также исследователи из Университета Ханьян Джису Чон и Ходжун Мун, выступившие со-первыми авторами.

Вдохновением для разработки послужили коллективные движения в природе, в частности, скоординированная работа ресничек морских организмов, используемых для регуляции потоков жидкости, передвижения и адгезии. Существующие искусственные микроструктуры сталкиваются с трудностями при динамическом приведении в действие, требующем одновременно быстрого отклика и достаточно большой деформации, так как вязкоупругие задержки снижают амплитуду при высоких частотах.

Техническое решение основано на использовании твердомагнитных микрочастиц, внедренных в эластомер на основе силикона. Ключевой особенностью является запрограммированный профиль намагниченности этих микрочастиц. Изменение этого профиля позволяет генерировать контролируемые режимы деформации – простое изгибание и скручивание, а управление градиентом магнитного поля приводит к торсионным линейно- или точечно-симметричным колебаниям.

Новый дизайн с твердомагнитными частицами позволяет активировать массивы с помощью магнитных полей умеренной величины, совместимых с коммерческой магнитной мешалкой. В отличие от этого, традиционные подходы с использованием мягкомагнитных частиц, таких как железо (Fe), требуют значительно более сильной магнитной индукции для активации.

Разработанные массивы демонстрируют мгновенный отклик на вращающиеся магнитные поля, обеспечивая быстрые, синхронизированные колебания с высокой амплитудой деформации. Они способны поддерживать большую величину деформации на частотах до 15 Гц без задержки выходной частоты. Высота микростолбиков в экспериментальных образцах составляет 400 микрометров.

Устройства показывают исключительную скорость: пиковая скорость достигает 81,8 мм/с. Это соответствует отношению скорости к размеру более чем 200 длин тела в секунду. Важным преимуществом является автономная работа массивов, управляемых внешними магнитными полями без необходимости физического подключения.

Продемонстрированы практические применения в мягкой робототехнике и микрофлюидике. В микрофлюидике массивы использовались для направленной циркуляции жидкости (по или против часовой стрелки) с помощью торсионных колебаний, а ковры из мультимассивов микростолбиков служили микрофлюидными лопастями для генерации контролируемого потока и смешивания жидкостей в канале размером с чашку Петри, устраняя необходимость во внешних насосах или трубках. В качестве мягкого робота перевернутый массив микростолбиков функционировал как ноги, обеспечивая передвижение за счет коллективного торсионного движения, активируемого магнитной мешалкой под поверхностью.

Со-первый автор Джису Чон рассматривает этот прорыв как «формирующийся шаблон» для приложений, выходящих за рамки мягких актуаторов, предлагая внедрение других функциональных материалов для динамической фотоники и передачи энергии. Ходжун Мун, также со-первый автор, считает работу «значительным шагом вперед» в разработке автономных, высокопроизводительных микроактуаторов, подчеркивая ее актуальность для «мягкой робототехники и микрофлюидных технологий следующего поколения».


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка