Een team van onderzoekers van het Georgia Institute of Technology en de Ohio State University heeft een zacht polymeermateriaal ontwikkeld, genaamd magnetisch vormgeheugenpolymeer, die magnetische velden gebruikt om in verschillende vormen te transformeren. Het materiaal kan een reeks nieuwe toepassingen mogelijk maken, van antennes die de frequenties on-the-fly veranderen tot grijparmen voor delicate of zware voorwerpen.

Het materiaal is een mengsel van drie verschillende ingrediënten, allemaal met unieke eigenschappen:twee soorten magnetische deeltjes, één voor inductieve warmte en één met sterke magnetische aantrekkingskracht, en vormgeheugenpolymeren om verschillende vormveranderingen op hun plaats te houden.

"Dit is het eerste materiaal dat de sterke punten van al deze individuele componenten combineert in een enkel systeem dat in staat is tot snelle en herprogrammeerbare vormveranderingen die vergrendelbaar en omkeerbaar zijn, " zei Jerry Qi, een professor aan de George W. Woodruff School of Mechanical Engineering aan Georgia Tech.

Het onderzoek, die op 9 december in het tijdschrift werd gemeld Geavanceerde materialen , werd gesponsord door de National Foundation of Science, het Air Force Office of Scientific Research, en het ministerie van Energie.

Om het materiaal te maken, de onderzoekers begonnen met het verdelen van deeltjes neodymium-ijzerborium (NdFeB) en ijzeroxide in een mengsel van polymeren met vormgeheugen. Zodra de deeltjes volledig waren opgenomen, de onderzoekers vormden dat mengsel vervolgens in verschillende objecten die waren ontworpen om te evalueren hoe het materiaal presteerde in een reeks toepassingen.

Bijvoorbeeld, het team maakte een grijpklauw van een t-vormige mal van het magnetische vormgeheugenpolymeermengsel. Het toepassen van een hoge frequentie, oscillerend magnetisch veld naar het object zorgde ervoor dat de ijzeroxidedeeltjes door inductie werden opgewarmd en de hele grijper verwarmden. Die temperatuurstijging, beurtelings, zorgde ervoor dat de polymeermatrix met vormgeheugen zachter en plooibaar werd. Vervolgens werd een tweede magnetisch veld op de grijper aangelegd, waardoor zijn klauwen open en dicht gaan. Zodra de vormgeheugenpolymeren weer afkoelen, ze blijven in die positie vergrendeld.

Het vormveranderingsproces duurt van begin tot eind slechts enkele seconden, en door de sterkte van het materiaal in vergrendelde toestand kon de grijper objecten tot 1 optillen 000 keer zijn eigen gewicht.

"We stellen ons voor dat dit materiaal nuttig is voor situaties waarin een robotarm een ​​zeer delicaat object zou moeten optillen zonder het te beschadigen, zoals in de voedingsindustrie of voor chemische of biomedische toepassingen, ' zei Qi.

Het nieuwe materiaal bouwt voort op eerder onderzoek dat bedieningsmechanismen voor zachte robotica en actieve materialen schetste en de beperkingen in huidige technologieën evalueerde.

"De mate van vrijheid is beperkt in conventionele robotica", zegt Ruike (Renee) Zhao, een assistent-professor bij de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in de staat Ohio. "Met zachte materialen, die mate van vrijheid is onbeperkt."

De onderzoekers testten ook andere toepassingen, waar spoelvormige objecten gemaakt van het nieuwe materiaal uitzetten en terugtrekken - simulerend hoe een antenne mogelijk van frequentie zou kunnen veranderen wanneer deze wordt geactiveerd door de magnetische velden.

"Dit proces vereist dat we magnetische velden alleen gebruiken tijdens de activeringsfase, "Zei Zhao. "Dus, zodra een object zijn nieuwe vorm heeft bereikt, het kan daar worden vergrendeld zonder constant energie te verbruiken."