Материал представляет собой смесь трех различных ингредиентов, каждый из которых обладает уникальными характеристиками: два типа магнитных частиц, один для индукционного нагрева и один с сильным магнитным притяжением, а также полимеры с памятью формы, которые помогают зафиксировать различные изменения формы.
«Это первый материал, который объединяет сильные стороны всех этих отдельных компонентов в единую систему, способную к быстрым и перепрограммируемым изменениям формы, которые являются фиксируемыми и обратимыми», – сказал Джерри Ци, профессор Джорджа В. Школа машиностроения Вудраффа в Технологическом институте Джорджии.
Исследование, о котором было сообщено дек. 9 в журнале Advanced Materials, спонсируется Национальным научным фондом, Управлением научных исследований ВВС США и Министерством энергетики.
Чтобы сделать материал, исследователи начали с распределения частиц неодима, железа, бора (NdFeB) и оксида железа в смеси полимеров с памятью формы. После того, как частицы были полностью включены, исследователи затем формовали эту смесь в различные объекты, предназначенные для оценки того, как материал работает в серии приложений.
Например, команда сделала захват для захвата из Т-образной формы из смеси полимеров с магнитной памятью формы.
Приложение высокочастотного осциллирующего магнитного поля к объекту заставило частицы оксида железа нагреваться за счет индукции и нагреть весь захват. Это повышение температуры, в свою очередь, привело к тому, что полимерная матрица с памятью формы размягчилась и стала податливой.
Затем к захвату было приложено второе магнитное поле, в результате чего его клешни открывались и закрывались. После охлаждения полимеров с памятью формы они остаются заблокированными в этом положении.
Процесс изменения формы занимает всего несколько секунд от начала до конца, а прочность материала в заблокированном состоянии позволяла захвату поднимать предметы, вес которых в 1000 раз превышает его собственный.
«Мы предполагаем, что этот материал будет полезен в ситуациях, когда роботизированной руке потребуется поднять очень хрупкий объект, не повредив его, например, в пищевой промышленности, в химических или биомедицинских целях», – сказал Ци.
Новый материал основан на более ранних исследованиях, в которых были описаны исполнительные механизмы для мягкой робототехники и активных материалов, а также оценены ограничения в существующих технологиях.
«В традиционной робототехнике степень свободы ограничена», – сказал Руике (Рене) Чжао, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники в штате Огайо. "С мягкими материалами эта степень свободы безгранична."
Исследователи также протестировали другие приложения, в которых объекты в форме катушек, сделанные из нового материала, расширялись и втягивались, моделируя, как антенна может потенциально изменять частоту под действием магнитных полей.
«Этот процесс требует, чтобы мы использовали магнитные поля только во время фазы срабатывания», – сказал Чжао. "Итак, как только объект приобрел новую форму, он может быть заблокирован без постоянного потребления энергии."