I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato una tecnica per utilizzare catene di nanoparticelle magnetiche per manipolare polimeri elastici in tre dimensioni, che potrebbe essere utilizzato per controllare a distanza nuovi "robot morbidi".

La capacità di controllare il movimento di robot morbidi, insieme alla loro flessibilità, offre loro potenziali applicazioni che vanno dalle tecnologie biomediche ai processi di produzione. I ricercatori sono interessati all'utilizzo di campi magnetici per controllare il movimento di questi robot morbidi perché può essere eseguito a distanza - il controllo può essere esercitato senza connettersi fisicamente al polimero - e perché i campi magnetici sono facilmente ottenuti da magneti permanenti ed elettromagneti.

Un team di ricercatori ha ora trovato un modo per incorporare lunghe catene di particelle di magnetite su nanoscala in fogli di polimero elastico per formare un nanocomposito polimerico magnetico. Applicando un campo magnetico, i ricercatori possono controllare il modo in cui il nanocomposito si piega, rendendolo un robot morbido.

Il processo inizia disperdendo nanoparticelle di magnetite - un ossido di ferro - in un solvente. Un polimero viene quindi sciolto nella miscela, che viene versato in uno stampo per formare la forma desiderata. Viene quindi applicato un campo magnetico, facendo sì che le nanoparticelle di magnetite si dispongano in catene parallele. La soluzione viene essiccata, bloccare le catene in posizione, e il nanocomposito finito può essere tagliato, per affinare ulteriormente la sua forma.

"Utilizzando questa tecnica, possiamo creare grandi nanocompositi, in tante forme diverse, che può essere manipolato a distanza, "dice Sumeet Mishra, un dottorato di ricerca studente presso NC State e autore principale di un documento sul lavoro. "Le catene di nanoparticelle ci danno una risposta migliore, e controllando la forza e la direzione del campo magnetico, puoi controllare l'estensione e la direzione dei movimenti dei robot morbidi."

Il meccanismo deriva dalla struttura delle catene. I ricercatori hanno anche costruito un semplice modello per spiegare come le nanoparticelle concatenate influenzino la risposta meccanica nei campi magnetici.

"La chiave qui è che le nanoparticelle nelle catene e i loro dipoli magnetici sono disposte dalla testa alla coda, con l'estremità positiva di una nanoparticella magnetica allineata con l'estremità negativa della successiva, lungo tutta la linea, "dice Joe Tracy, un professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State e corrispondente autore dell'articolo. "In questione c'è una cosa chiamata anisotropia magnetica, che è causato dall'assemblaggio delle nanoparticelle in catene. Quando un campo magnetico viene applicato in qualsiasi direzione, la catena si riorienta per diventare il più parallela possibile al campo magnetico, limitato solo dai vincoli di gravità e l'elasticità del polimero."

I ricercatori ritengono che questa tecnica possa essere particolarmente interessante per alcune applicazioni biomediche, rispetto alla robotica morbida che si basa sull'elettricità o sulla luce per il controllo. "Il controllo elettrico può sollevare problemi di sicurezza per alcune applicazioni mediche, " dice Mishra. "E entrambi i segnali elettrici e luminosi pongono sfide in termini di comunicazione di quei segnali a dispositivi incorporati nel corpo. Campi magnetici, d'altra parte, passano facilmente e pongono meno problemi di sicurezza."

Questa tecnica utilizza materiali poco costosi e ampiamente disponibili, e il processo è relativamente semplice e facile da eseguire, dicono i ricercatori.

La carta, "Attuazione selettiva e direzionale di film di elastomero utilizzando nanoparticelle magnetiche concatenate, " è pubblicato online sulla rivista della Royal Society of Chemistry Nanoscala .