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– Los científicos de ETH han desarrollado bloques magnéticos en forma de cubo que pueden ensamblarse en formas bidimensionales y controlarse mediante un campo magnético externo. Se pueden utilizar para aplicaciones de robótica ligera.
Cortesía de ETH por Fabio Bergamin: Si ha tratado de colocar varios imanes pequeños y fuertes uno al lado del otro en una placa magnética, sabrá que no puede. Lo que sucede es que los imanes siempre se organizan en una columna que sale verticalmente del tablero magnético. Además, es casi imposible unir varias líneas de estos imanes para formar una superficie plana. Esto se debe a que los imanes son dipolares. Los polos iguales se repelen entre sí, con el polo norte de un imán siempre unido al polo sur de otro, y viceversa. Esto explica por qué forman una columna con todos los imanes alineados de la misma manera.
Ahora, los científicos de ETH Zurich han podido crear bloques magnéticos en forma de cubo que, por primera vez en la historia, se pueden unir para formar formas bidimensionales. Los nuevos bloques de construcción, que los científicos llaman módulos, no son dipolares sino cuadrupolares, lo que significa que cada uno tiene dos polos norte y dos polos sur. Dentro de cada uno de los módulos, que están impresos en plástico 3D, hay dos pequeños imanes dipolares convencionales con sus polos iguales uno frente al otro (ver figura). Los bloques de construcción se pueden ensamblar como pequeños tableros de ajedrez para formar formas bidimensionales. Así es como funciona: a medida que los polos sur y norte se atraen entre sí, un bloque cuadrúpedo con sus dos polos sur mirando hacia la izquierda y la derecha atraerá, en cada uno de sus cuatro lados.
Sobre la base de este principio, los científicos crearon módulos de color con una longitud de borde de poco más de dos milímetros. Los ensamblaron en emojis de pixel art para demostrar qué pueden hacer los módulos. Sin embargo, los posibles casos de uso van mucho más allá de estos trucos. “Estamos particularmente interesados en aplicaciones en el campo de la robótica electrónica”, dice Hongri Gu, estudiante de doctorado en el grupo del profesor Bradley Nelson en ETH y autor principal del artículo publicado recientemente por científicos en Science Robotics.
Cuadrupolo y dipolo en el mismo bloque de construcción
El cuadrupolo domina las propiedades magnéticas de los módulos. Es un poco más complicado que eso, porque además del cuadrupolo fuerte, los científicos también construyeron un dipolo débil en los bloques de construcción. Lo lograron colocando los imanes pequeños en el módulo en un ligero ángulo entre ellos en lugar de hacerlo en paralelo (ver figura).
“Esto hace que los módulos se alineen con un campo magnético externo, al igual que una aguja de brújula”, explica Gu. “Con un campo magnético variable, podemos mover las formas que construimos desde los módulos. Agregue algunos conectores flexibles y puede crear robots que pueden controlarse mediante un campo magnético. ”
Gu dice que su trabajo fue inicialmente desarrollar el nuevo principio. Es independiente del tamaño, dice, lo que significa que no hay razón para desarrollar módulos cuadrupolo mucho más pequeños. Los científicos también están estudiando cómo se pueden usar los módulos para combinar una estructura lineal en un objeto multidimensional con la ayuda de un campo magnético. Esto es algo que puede ser útil en medicina en el futuro: es concebible que objetos como los stents se puedan formar a partir de un hilo compuesto por estos módulos. El cable se puede insertar en el cuerpo en un procedimiento relativamente simple y mínimamente invasivo a través de una pequeña abertura y luego se aplica un campo magnético para ensamblarlo en la estructura multidimensional final dentro del cuerpo.
Referencia : Gu H, Boehler Q, Ahmed D, Nelson BJ: matrices magnéticas cuadripolares con formas arbitrarias y magnetizaciones, Science Robotics 2019, 4: eaax8977, doi: 10.1126 / scirobotics.aax8977
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