Un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology e dell'Ohio State University ha sviluppato un materiale polimerico morbido, chiamato polimero magnetico a memoria di forma, che utilizza campi magnetici per trasformarsi in una varietà di forme. Il materiale potrebbe consentire una serie di nuove applicazioni, dalle antenne che cambiano le frequenze al volo ai bracci di presa per oggetti delicati o pesanti.

Il materiale è una miscela di tre diversi ingredienti, tutte con caratteristiche uniche:due tipi di particelle magnetiche, uno per il calore induttivo e uno con forte attrazione magnetica, e polimeri a memoria di forma per aiutare a bloccare i vari cambiamenti di forma in posizione.

"Questo è il primo materiale che unisce i punti di forza di tutti questi singoli componenti in un unico sistema capace di cambi di forma rapidi e riprogrammabili, bloccabili e reversibili, " ha detto Jerry Qi, un professore della George W. Woodruff School of Mechanical Engineering presso la Georgia Tech.

La ricerca, che è stato riportato il 9 dicembre sulla rivista Materiale avanzato , è stato sponsorizzato dalla National Foundation of Science, l'Ufficio per la Ricerca Scientifica dell'Aeronautica Militare, e il Dipartimento dell'Energia.

Per fare il materiale, i ricercatori hanno iniziato distribuendo particelle di neodimio ferro boro (NdFeB) e ossido di ferro in una miscela di polimeri a memoria di forma. Una volta che le particelle sono state completamente incorporate, i ricercatori hanno quindi modellato quella miscela in vari oggetti progettati per valutare le prestazioni del materiale in una serie di applicazioni.

Per esempio, il team ha realizzato un artiglio di presa da uno stampo a forma di T della miscela di polimeri a memoria di forma magnetica. Applicando un'alta frequenza, il campo magnetico oscillante sull'oggetto ha fatto sì che le particelle di ossido di ferro si riscaldassero per induzione e riscaldassero l'intera pinza. Quel aumento di temperatura, a sua volta, ha causato l'ammorbidimento e la flessibilità della matrice polimerica a memoria di forma. Un secondo campo magnetico è stato poi applicato alla pinza, facendo aprire e chiudere i suoi artigli. Una volta che i polimeri a memoria di forma si sono raffreddati, rimangono bloccati in quella posizione.

Il processo di cambio forma richiede solo pochi secondi dall'inizio alla fine, e la forza del materiale nel suo stato bloccato ha permesso alla pinza di sollevare oggetti fino a 1, 000 volte il proprio peso.

"Immaginiamo che questo materiale sia utile per situazioni in cui un braccio robotico dovrebbe sollevare un oggetto molto delicato senza danneggiarlo, come nell'industria alimentare o per applicazioni chimiche o biomediche, " disse Qi.

Il nuovo materiale si basa su ricerche precedenti che hanno delineato i meccanismi di attuazione per la robotica morbida e i materiali attivi e ha valutato i limiti delle tecnologie attuali.

"Il grado di libertà è limitato nella robotica convenzionale", ha affermato Ruike (Renee) Zhao, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale presso l'Ohio State. "Con materiali morbidi, quel grado di libertà è illimitato."

I ricercatori hanno anche testato altre applicazioni, dove gli oggetti a forma di bobina realizzati con il nuovo materiale si espandono e si ritraggono, simulando come un'antenna potrebbe potenzialmente cambiare frequenze quando azionata dai campi magnetici.

"Questo processo richiede l'utilizzo di campi magnetici solo durante la fase di attuazione, " disse Zhao. "Allora, una volta che un oggetto ha raggiunto la sua nuova forma, può essere bloccato lì senza consumare costantemente energia."