Nowe urządzenie wykorzystujące pola magnetyczne i konstrukcję kirigami pozwala na delikatne manipulowanie przedmiotami bez chwytania.
Naukowcy zaprojektowali innowacyjne urządzenie, które łączy pola magnetyczne z konstrukcją inspirowaną kirigami, aby zdalnie sterować elastyczną powierzchnią z wgłębieniami. Powierzchnia ta może przenosić przedmioty bez konieczności ich fizycznego chwytania, dzięki czemu idealnie nadaje się do podnoszenia i transportu delikatnych przedmiotów, żeli lub płynów. Technologia ta jest obiecująca do zastosowań w ciasnych lub zamkniętych przestrzeniach, gdzie konwencjonalne narzędzia, takie jak ramiona robotyczne, nie mogą działać.
„Chcieliśmy tutaj stawić czoła dwóm wyzwaniom” – wyjaśnia Jie Yin, współautorka artykułu na temat tej pracy i profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej i lotniczej na Uniwersytecie Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej. „Pierwszym wyzwaniem było przenoszenie obiektów, których nie da się uchwycić chwytakami – takich jak przedmioty delikatne lub rzeczy znajdujące się w ograniczonej przestrzeni. Drugim wyzwaniem było wykorzystanie pola magnetycznego do zdalnego podnoszenia i przenoszenia obiektów, które nie są magnetyczne”.
Mechanika metaarkuszów magnetycznych
Aby stawić czoła tym wyzwaniom, badacze stworzyli „metaarkusz” składający się z elastycznego polimeru z osadzonymi mikrocząsteczkami magnetycznymi. Następnie na arkuszu wycięto wzór. Zewnętrzne krawędzie metaarkusza są przymocowane do sztywnej ramy.
Przesuwając pole magnetyczne pod metaarkuszem, możesz zmusić sekcje metaarkusza do wybrzuszenia się w górę lub opadnięcia w dół.
Manipulowanie obiektami za pomocą fal magnetycznych
„W rzeczywistości możesz sprawić, że powierzchnia metaarkusza będzie się poruszać jak fala, kontrolując kierunek pola magnetycznego” – mówi Yin. „A dostosowanie siły pola magnetycznego określa, jak bardzo fala wznosi się lub opada”.
„Kontrolowanie ruchu powierzchniowego metaarkusza umożliwia przesuwanie wielu rodzajów obiektów znajdujących się na powierzchni – niezależnie od tego, czy są to krople cieczy, czy płaski kawałek szkła” – mówi Joe Tracy, współautor artykułu do korespondencji i specjalista ds. profesor nauk o materiałach i inżynierii na NC State.
Przyszłe zastosowania i ulepszenia
„Projekt nacięć na metaarkuszu jest przykładem kirigami, czyli wycinania papieru” – mówi Yinding Chi, pierwsza autorka artykułu i była doktorantka. student NC State. „Jest to szczególnie ważne w przypadku metaarkuszów, ponieważ kirigami zwiększa elastyczność bez utraty podstawowej sztywności samego materiału.
„Dzięki temu możemy wzmocnić odkształcenie materiału bez utraty jego wytrzymałości mechanicznej” – mówi Chi, który jest obecnie doktorantem na Uniwersytecie Uniwersytet Pensylwanii. „Ponadto metaarkusz bardzo szybko reaguje na pole magnetyczne, a czas reakcji wynosi zaledwie dwie milisekundy”.
„Dość niewiele zrobiono w zakresie wykorzystania aktywacji magnetycznej w połączeniu z kirigami, a to, co tutaj zrobiliśmy, sugeruje, że istnieje ogromny potencjał łączenia tych podejść w dziedzinach, od miękkiej robotyki po zastosowania produkcyjne” – mówi Tracy .
„Jesteśmy zainteresowani zmniejszeniem skali tego podejścia, aby umożliwić metaarkuszom manipulowanie mniejszymi obiektami i mniejszymi objętościami cieczy” – mówi Chi.
„Interesuje nas również, w jaki sposób można wykorzystać to podejście do tworzenia technologii dotykowych, które mogą mieć zastosowanie we wszystkim, od gier po urządzenia ułatwiające dostęp” – mówi Yin.
Odniesienie: „Metasheet w postaci magnetycznej kopuły kirigami o dużej odkształcalności i sztywności do adaptacyjnej dynamicznej zmiany kształtu i manipulacji multimodalnej” 6 grudnia 2024 r., Postęp nauki.
Współautorami artykułu są Matthew Clary, Fangjie Qi, Haoze Sun i Saarah Niesha Cantú ze stanu Karolina Północna; oraz Emily Evans i Catherine Capodanno z Uniwersytetu Elon.
Praca ta została wykonana przy wsparciu National Science Foundation w ramach grantów 2005374, 2329674, 1663416 i 1662641.
