As oscilações magnéticas sincronizadas coletivas permitem que as matrizes micropilares manipulem fluidos e atuem como robôs macios

Pesquisadores da Universidade de Hanyang desenvolveram uma matriz micropilar inovadora capaz de oscilações magnéticas coletivas e rápidas, demonstrando um forte potencial para aplicações avançadas em robótica, transporte de fluidos e controle dinâmico de superfície.

Na natureza, muitos organismos exibem movimentos coletivos para realizar tarefas que seriam desafiadoras apenas para os indivíduos. Um exemplo proeminente é o movimento coordenado de cílios marinhos, que regulam coletivamente fluxo de fluidofacilite a locomoção ou aumente a adesão às superfícies circundantes. Embora as estruturas micropilares artificiais tenham sido exploradas para manipular a funcionalidade da superfície, alcançar a atuação dinâmica com resposta rápida e deformação suficientemente grande continua sendo um desafio significativo.

Led by Jeong Jae (JJ) Wie, an Affiliate Professor within the Division of Natural and Nano Engineering at Hanyang College, and Jun Oh Kim, a collaborator from the Korea Analysis Institute of Requirements and Science (KRISS), the staff developed arrays of micrometer-scale buildings that reply immediately to adjustments in a rotating magnetic discipline, producing fast, synchronized oscillations with excessive deformation amplitudes.

Essas descobertas foram recentemente publicado no diário ACS Nano.

Atuadores moles convencionais sofrem de magnitude de deformação reduzida em alta frequência de oscilação devido a seus atrasos viscoelásticos inerentes, limitando sua capacidade de alcançar rapidamente configurações de equilíbrio que minimizam o momento magnético. Isso leva a um desempenho diminuído com o aumento oscilação freqüência.

Para superar essas limitações, os pesquisadores incorporaram micropartículas magnéticas duras em um elastômero à base de silicone e programaram seu perfil de magnetização. Esse design permitiu que as matrizes micropilares obtivessem vários modos de deformação controlada, incluindo ascilações simples de flexão, torção e torção. Os pesquisadores mudaram o perfil de magnetização para gerar deformações de flexão e torção, enquanto o controle do gradiente de campo magnético levou a oscilações de linha de linha ou ponto-simétrica.

Além disso, as micropartículas magnéticas duras permitem que as matrizes micropilares atuem sob uma magnitude moderada dos campos magnéticos, que operam sob um agitador magnético comercial. Por outro lado, as matrizes micropilares com micropartículas magnéticas moles convencionais, como micropartículas de ferro (Fe), requerem uma forte magnitude de densidade de fluxo magnético.

Notavelmente, essas matrizes micropilares programadas magneticamente mantiveram suas grandes magnitudes de deformação de até 15 Hz sem demora na frequência de saída. Com a altura de apenas 400 μm, os micropilares alcançaram uma velocidade de pico notável de 81,8 mm/s-mais de 200 vezes o comprimento do corpo por segundo-demonstrando uma proporção excepcional de velocidade-tamanho na atuação de materials mole.

Os pesquisadores também mostraram como essas matrizes de micropilares oscilatórias coletivas poderiam ser aplicadas em robótica e microfluídica macia – transportando carga ou mistura de líquidos por meio de movimento magneticamente acionado.

A matriz micropilar direcionou o fluido para round na direção no sentido horário ou no sentido anti-horário através de oscilações de linha ou ponto-simétrica de torção. Além disso, os tapetes multiarray micropilares servidos como remos microfluídicos, gerando fluxo líquido controlado em um canal do tamanho de uma louça de Petri, misturando efetivamente fluidos sem a necessidade de bombas ou tubos externos.

Em outra configuração, a matriz micropilar também é invertida para que as pontas das micropilares atuem como as pernas de um robô macio, permitindo assim a locomoção de caminhada. Em vez de depender de rodas tradicionais ou membros mecânicos, o robô avança através do movimento de torção coletivo dos micropilares, impulsionado inteiramente por um agitador magnético colocado sob a superfície.

“Essa inovação de oscilações magnéticas coletivas pode ser um modelo emergente para muitas aplicações, além de atuadores suaves, incorporando outros materiais funcionais para fotônicas dinâmicas e transferência de energia“Disse Jisoo Jeon, o co-primeiro autor deste trabalho.

“Este trabalho representa um passo significativo no desenvolvimento de microactuadores sem desempenho e sem desempenho para robótica suave de próxima geração e tecnologias microfluídicas”, acrescentou outro co-primeiro autor, o pesquisador da Universidade de Hanyang Hojun Moon.