Gli scienziati dell'ETH hanno sviluppato blocchi magnetici a forma di cubo che possono essere assemblati in forme bidimensionali e controllati da un campo magnetico esterno. Possono essere utilizzati per applicazioni di robotica morbida.

Se hai mai provato a metterne diversi davvero forti, piccoli cubi magnetici uno accanto all'altro su una lavagna magnetica, saprai che non puoi farlo. Quello che succede è che i magneti si dispongono sempre in una colonna che sporge verticalmente dalla lavagna magnetica. Inoltre, è quasi impossibile unire più file di questi magneti insieme per formare una superficie piana. Questo perché i magneti sono dipolari. Poli uguali si respingono, con il polo nord di un magnete che si attacca sempre al polo sud di un altro e viceversa. Questo spiega perché formano una colonna con tutti i magneti allineati allo stesso modo.

Ora, gli scienziati dell'ETH di Zurigo sono riusciti a creare blocchi magnetici a forma di cubi che, per la prima volta in assoluto, possono essere uniti per formare forme bidimensionali. I nuovi elementi costitutivi, che gli scienziati chiamano moduli, non sono dipolari ma quadrupolari, il che significa che hanno ciascuno due poli nord e due poli sud. All'interno di ciascuno dei moduli, che sono stampati in 3D in plastica, ci sono due piccoli magneti a dipolo convenzionali con i poli uguali uno di fronte all'altro (vedi foto). I blocchi da costruzione possono essere assemblati come piccole scacchiere per formare qualsiasi forma bidimensionale. Funziona così:perché i poli sud e nord si attraggono, un blocco quadrupolo con i suoi due poli sud rivolti a sinistra e a destra attirerà, su ciascuno dei suoi quattro lati, un blocco da costruzione ruotato di 90 gradi in modo che i suoi poli nord siano rivolti a sinistra e a destra.

Basandosi su questo principio, gli scienziati hanno realizzato moduli colorati con una lunghezza del bordo di poco più di due millimetri. Li hanno assemblati in emoji pixel art per dimostrare cosa possono fare i moduli. Però, i possibili casi d'uso vanno ben oltre tali espedienti. "Siamo particolarmente interessati alle applicazioni nel campo della robotica morbida, "dice Hongri Gu, uno studente di dottorato nel gruppo del professor Bradley Nelson all'ETH e autore principale dell'articolo che gli scienziati hanno recentemente pubblicato su Robotica scientifica .

Quadrupolo e dipolo nello stesso blocco costitutivo

Il quadrupolo domina le proprietà magnetiche dei moduli. È un po' più complicato di così, anche se, perché oltre al forte quadrupolo, gli scienziati hanno anche costruito un dipolo debole negli elementi costitutivi. Hanno ottenuto questo risultato disponendo i piccoli magneti nel modulo con una leggera angolazione l'uno rispetto all'altro anziché parallelamente (vedi foto).

"Questo fa sì che i moduli si allineino con un campo magnetico esterno, come fa l'ago di una bussola, " Gu spiega. "Con un campo magnetico variabile, possiamo quindi spostare le forme che abbiamo costruito dai moduli. Aggiungi alcuni connettori flessibili ed è persino possibile costruire robot che possono essere controllati da un campo magnetico".

Gu dice che il loro lavoro inizialmente riguardava lo sviluppo del nuovo principio. È indipendente dalle dimensioni, lui dice, il che significa che non c'è motivo per cui moduli quadrupolari molto più piccoli non possano essere sviluppati. Gli scienziati stanno anche studiando come i moduli potrebbero essere usati per combinare una struttura lineare in un oggetto multidimensionale con l'aiuto di un campo magnetico. Questo è qualcosa che potrebbe essere utile in medicina in futuro:è ipotizzabile che oggetti come gli stent possano essere formati da un filo costituito da tali moduli. Il filo potrebbe essere inserito nel corpo in modo relativamente semplice, procedura minimamente invasiva attraverso una minuscola apertura e quindi un campo magnetico applicato per assemblarlo nella struttura multidimensionale finale all'interno del corpo.