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– Os cientistas da ETH desenvolveram blocos magnéticos em forma de cubo que podem ser montados em formas bidimensionais e controlados por um campo magnético externo. Eles podem ser usados para aplicações de robótica leve.
Courtesy ETH by Fabio Bergamin: Se você já tentou colocar vários ímãs pequenos e fortes, um ao lado do outro em uma placa magnética, saberá que não pode fazê-lo. O que acontece é que os ímãs sempre se organizam em uma coluna saindo verticalmente do quadro magnético. Além disso, é quase impossível unir várias linhas desses ímãs para formar uma superfície plana. Isso ocorre porque os ímãs são dipolares. Pólos iguais se repelem, com o pólo norte de um ímã sempre se ligando ao pólo sul de outro e vice-versa. Isso explica por que eles formam uma coluna com todos os ímãs alinhados da mesma maneira.
Agora, os cientistas da ETH Zurich conseguiram criar blocos magnéticos na forma de cubos que – pela primeira vez na história – podem ser unidos para formar formas bidimensionais. Os novos blocos de construção, que os cientistas chamam de módulos, não são dipolares, mas quadrupolares, o que significa que cada um tem dois polos norte e dois polos sul. Dentro de cada um dos módulos, que são impressos em 3D em plástico, existem dois pequenos ímãs dipolo convencionais com seus pólos iguais voltados um para o outro (veja a figura). Os blocos de construção podem ser montados como pequenos tabuleiros de xadrez para formar formas bidimensionais. Funciona assim: como os pólos sul e norte se atraem, um bloco quadrúpede com seus dois pólos sul voltados para a esquerda e para a direita atrairá, em cada um de seus quatro lados.
Com base nesse princípio, os cientistas criaram módulos coloridos com um comprimento de borda de pouco mais de dois milímetros. Eles os montaram em emojis de pixel art para demonstrar o que os módulos podem fazer. No entanto, possíveis casos de uso vão muito além desses truques. “Estamos particularmente interessados em aplicações no campo da robótica eletrônica”, diz Hongri Gu, estudante de doutorado do grupo do professor Bradley Nelson na ETH e principal autor do artigo publicado recentemente pelos cientistas na Science Robotics.
Quadrupolo e dipolo no mesmo bloco de construção
O quadrupolo domina as propriedades magnéticas dos módulos. É um pouco mais complicado que isso, porque, além do forte quadrupolo, os cientistas também construíram um dipolo fraco nos blocos de construção. Eles conseguiram isso organizando os pequenos ímãs no módulo em um leve ângulo um do outro, e não em paralelo (veja a figura).
“Isso faz com que os módulos se alinhem a um campo magnético externo, como faz uma agulha da bússola”, explica Gu. “Com um campo magnético variável, podemos então mover as formas que construímos dos módulos. Adicione alguns conectores flexíveis e é possível criar robôs que podem ser controlados por um campo magnético. ”
Gu diz que o trabalho deles foi inicialmente sobre o desenvolvimento do novo princípio. É independente do tamanho, diz ele, o que significa que não há razão para o desenvolvimento de módulos quadrupolo muito menores. Os cientistas também estão estudando como os módulos podem ser usados para combinar uma estrutura linear em um objeto multidimensional com a ajuda de um campo magnético. Isso é algo que pode ser útil no medicamento no futuro: é concebível que objetos como stents possam ser formados a partir de uma rosca composta por esses módulos. O fio pode ser inserido no corpo em um procedimento relativamente simples e minimamente invasivo, através de uma pequena abertura e, em seguida, um campo magnético aplicado para montá-lo na estrutura multidimensional final dentro do corpo.
Referência: Gu H, Boehler Q, Ahmed D, Nelson BJ: conjuntos magnéticos de quadripolo com formas e magnetizações arbitrárias, Science Robotics 2019, 4: eaax8977, doi: 10.1126 / scirobotics.aax8977
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