Zachte materialen, zoals rubber of polymeren die drastische veranderingen in hun vorm kunnen doorstaan, zijn veelbelovend voor toepassingen waar flexibiliteit en vormveranderingsvermogen van het grootste belang zijn.

Bijvoorbeeld, deze materialen kunnen worden gebruikt om zachte robots te maken die geschikt zijn voor gespecialiseerde taken, variërend van medische apparaten die in het lichaam kunnen navigeren tot robots voor zoek- en reddingsmissies die door kleine openingen kunnen persen.

Maar om de beweging of transformaties van een zachte robot aan te drijven, onderzoekers gebruiken vaak actuatoren die fysiek verbonden moeten zijn met de robot, wat het nut ervan beperkt.

"Deze actuatoren zijn meestal veel groter dan de robot zelf, " zegt Stephan Rudykh, een professor in werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. "Bijvoorbeeld, je hebt misschien een enorme tank met perslucht die met een kabel aan de robot is bevestigd en die wordt gebruikt om de zachte materialen op te blazen en de robot van stroom te voorzien."

Een team onder leiding van Rudykh heeft een manier bedacht om dat koord door te knippen.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , de onderzoekers demonstreerden een methode om magnetische velden te gebruiken om op afstand zachte composietmaterialen te induceren om hun interne structuur te herschikken in een verscheidenheid aan nieuwe patronen.

"We hebben laten zien dat in een relatief eenvoudig systeem, we konden een zeer breed spectrum van verschillende patronen krijgen die werden gecontroleerd door het niveau van het magnetische veld, inclusief patronen die onmogelijk te bereiken zijn door alleen mechanische belasting toe te passen, " zegt Rudykh. "Deze vooruitgang zou ons in staat kunnen stellen om nieuwe zachte materialen te ontwerpen met verbeterde prestaties en functionaliteit."

De mogelijkheid om de fijne interne structuur van een materiaal op deze manier aan te passen, stelt onderzoekers in staat om de fysieke eigenschappen ervan aan te passen en zelfs verschillende eigenschappen naar wens in en uit te schakelen. En aangezien het benutten van magnetische velden de noodzaak van direct contact of vervelende kabels elimineert, nieuwe zachte materialen kunnen nuttig zijn voor toepassingen zoals medische implantaten, zegt Rudykh.

In samenwerking met onderzoekers van het Air Force Research Laboratory, het team demonstreerde en analyseerde de nieuw gevormde patronen met behulp van een zacht elastomeer materiaal. Binnenin het zachte materiaal, het team heeft kleine deeltjes stijf, magnetiseerbaar materiaal in een eenvoudig periodiek patroon.

Vervolgens, de onderzoekers pasten verschillende niveaus van magnetische velden toe op het materiaal, waardoor de gemagnetiseerde deeltjes zich herschikten en krachten en spanningen in het zachte materiaal creëerden.

Rudykh zegt dat de nieuwe patronen die voortkwamen uit de herschikte deeltjes varieerden van sterk georganiseerde en zich herhalende patronen tot unieke patronen die schijnbaar een grootschalige orde hebben, maar op lokaal niveau ongeorganiseerd zijn.

"Opmerkelijk, we kunnen het magnetische veld afstemmen om een ​​gewenst patroon te produceren en de eigenschappen van het materiaal veranderen, " zegt Rudykh. "Ik ben opgewonden om dit fenomeen verder te onderzoeken in complexere materiële systemen."