I ricercatori hanno ora dimostrato una tecnica per creare ciglia magnetiche che possono essere "riprogrammate", modificando le loro proprietà magnetiche a temperatura ambiente per modificare il movimento delle ciglia secondo necessità.

La maggior parte delle ciglia magnetiche utilizza magneti "morbidi", che non generano un campo magnetico ma diventano magnetici in presenza di un campo magnetico. Solo poche ciglia magnetiche precedenti hanno fatto uso di magneti "duri", che sono in grado di produrre il proprio campo magnetico.

Uno dei vantaggi dell'utilizzo dei magneti duri è che possono essere programmati, ovvero è possibile conferire al campo magnetico generato dal materiale una polarizzazione specifica. Il controllo della polarizzazione magnetica, o magnetizzazione, ti consente essenzialmente di dettare con precisione come si fletteranno le ciglia quando viene applicato un campo magnetico esterno.

"La novità di questo lavoro è che abbiamo dimostrato una tecnica che ci consente non solo di programmare le ciglia magnetiche, ma anche di riprogrammarle in modo controllabile", afferma Joe Tracy, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e professore di scienza e ingegneria dei materiali. presso la North Carolina State University.

"Possiamo cambiare la direzione della magnetizzazione del materiale a temperatura ambiente, il che a sua volta ci consente di cambiare completamente il modo in cui le ciglia si flettono. È come chiedere a un nuotatore di cambiare la sua bracciata."

Per questo lavoro, i ricercatori hanno creato ciglia magnetiche costituite da un polimero incorporato con microparticelle magnetiche. Nello specifico, le microparticelle sono magneti al neodimio:potenti magneti costituiti da neodimio, ferro e boro. L'articolo, "Riprogrammazione magnetica delle ciglia rigide magnetiche autoassemblate", è pubblicato sulla rivista Advanced Materials Technologies .

Per realizzare le ciglia, i ricercatori introducono le microparticelle magnetiche in un polimero disciolto in un liquido. Questo impasto viene quindi esposto a un campo elettromagnetico sufficientemente potente da conferire a tutte le microparticelle la stessa magnetizzazione.

Applicando quindi un campo magnetico meno potente mentre il polimero liquido si asciuga, i ricercatori sono in grado di controllare il comportamento delle microparticelle, determinando la formazione di ciglia regolarmente distanziate sul substrato.

"Questo tappeto di ciglia regolarmente ordinato è inizialmente programmato per comportarsi in modo uniforme quando esposto a un campo magnetico esterno", afferma Tracy. "Ma ciò che è veramente interessante qui è che possiamo riprogrammare quel comportamento, in modo che le ciglia possano essere riproposte per avere un'attuazione completamente diversa."

Per fare ciò, i ricercatori hanno prima incorporato le ciglia nel ghiaccio, che le fissa tutte nella direzione desiderata. I ricercatori espongono quindi le ciglia a un campo magnetico alternato e smorzato che ha l'effetto di disordinare la magnetizzazione delle microparticelle. In altre parole, cancellano sostanzialmente la magnetizzazione preprogrammata condivisa da tutte le microparticelle quando sono state fabbricate le ciglia.

"La fase di riprogrammazione è abbastanza semplice", afferma Tracy. "Applichiamo un campo oscillante per ripristinare la magnetizzazione, quindi applichiamo un forte campo magnetico alle ciglia che ci permette di magnetizzare le microparticelle in una nuova direzione."

"Cancellando in gran parte la magnetizzazione iniziale, siamo in grado di riprogrammare meglio la magnetizzazione delle microparticelle", afferma Matt Clary, primo autore dell'articolo e Ph.D. studente presso NC State. "In questo lavoro mostriamo che se si tralascia la fase di cancellazione si ha meno controllo sull'orientamento della magnetizzazione delle microparticelle durante la riprogrammazione."

"Abbiamo anche scoperto che quando la magnetizzazione delle microparticelle è perpendicolare all'asse lungo delle ciglia, possiamo far sì che le ciglia si "scattino" in un campo rotante, nel senso che cambiano bruscamente il loro orientamento," dice Tracy.

Inoltre, il gruppo di ricerca ha sviluppato un modello computazionale che consente agli utenti di prevedere il comportamento di flessione delle ciglia magnetiche sulla base di magneti duri, a seconda dell'orientamento della polarizzazione delle ciglia.

"Questo modello potrebbe essere utilizzato in futuro per guidare la progettazione di ciglia magnetiche forti e dei relativi attuatori morbidi", afferma Ben Evans, coautore dell'articolo e professore di fisica alla Elon University.

"In definitiva, riteniamo che questo lavoro sia prezioso sul campo perché consente di riutilizzare le ciglia magnetiche per nuove funzioni o applicazioni, soprattutto in ambienti remoti", afferma Tracy. "I metodi sviluppati in questo lavoro possono essere applicati anche al campo più ampio degli attuatori magnetici morbidi."

L'articolo è stato scritto da Saarah Cantu, ex studentessa laureata presso la NC State; e Jessica Liu, ex Ph.D. studente presso NC State.