Le superfici microstrutturate magneticamente reattive hanno il vantaggio di essere controllate a distanza (cioè non è richiesto alcun contatto) in condizioni ambientali e tempi di risposta brevi. In precedenza, le attuazioni sincronizzate di flessione o torsione degli array di micropilastro sono state dimostrate programmando la disposizione delle particelle magnetiche e impiegando la geometria anisotropica del micropilastro. In questo caso, le particelle magnetiche sono incluse in una matrice polimerica a basse concentrazioni per evitare interferenze magnetiche e quindi ottenere un'attuazione sincronizzata. I ricercatori dell'Università di Inha (Jeong Eun Park e Jeong Jae (JJ) Wie), dell'Air Force Research Laboratory (Augustine Urbas e Zahyun Ku) e del Lawrence Livermore National Laboratory (Sei Jin Park) hanno recentemente riportato una strategia opposta per indurre l'autoassemblaggio magnetico di array di micropillari. I micropilastri magnetici altamente concentrati agiscono come micromagneti e si assemblano collettivamente con i pilastri vicini sotto un campo magnetico applicato. Per un facile azionamento, la gomma flessibile viene utilizzata per la base del pilastro mentre le parti superiori dei pilastri relativamente rigide e magneticamente reattive subiscono l'assemblaggio magnetico. Poiché la base del pilastro è magneticamente inerte e fissata al substrato, l'autoassemblaggio di micropilastri periodicamente disposti può ripetere l'assemblaggio e il ripristino reversibili e riproducibili modulando il campo magnetico esterno.

Quando un campo magnetico viene applicato parallelamente all'asse lungo di array di micropilastri rettangolari, nei micropilastri vengono creati dipoli magnetici (vale a dire poli N e S). All'aumentare della densità del flusso magnetico, due micropilastri dipolari adiacenti vengono assemblati a coppie attraverso l'attrazione quadrupolare. Nel frattempo, le coppie vengono assemblate con una delle altre coppie (cioè, quad-body) in cui l'asse lungo dei micropilastri rettangolari è posizionato per sfalsare di 45 gradi rispetto all'asse del campo magnetico. Viene generata anche la deformazione magnetica della torsione dei micropilastri poiché i micropilastri simili a micromagneti vogliono essere paralleli all'asse lungo dei pilastri e al campo magnetico applicato. Successivamente, con una densità di flusso magnetico continuamente aumentata, i quad-corpi vengono assemblati con altri quad-corpi subendo un ulteriore movimento di torsione. Di conseguenza, si ottiene un ordine a lungo raggio altamente connettivo alle sommità dei pilastri con un grado di torsione di ~40 gradi. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che i micropilastri assemblati magneticamente possono essere congelati in posizione anche dopo che il campo magnetico è stato rimosso trattando con un legante solubile in acqua.

Inoltre, è stato studiato l'effetto delle geometrie dei pilastri magnetici sulla densità di flusso magnetico minima richiesta per avviare l'assemblaggio confrontando gli assiemi di micropilastri quadrati e circolari che hanno una spaziatura tra i pilastri identica e larghezze fissate a 30 µm. Per le strutture con sezione trasversale circolare è stata registrata una soglia di densità del flusso magnetico inferiore rispetto a quelle con sezione trasversale quadrata a causa del loro momento di inerzia dell'area inferiore. Le densità di flusso magnetico di soglia erano inferiori anche per strutture con proporzioni più elevate. Le soglie inferiori sono state osservate sia per gli assemblaggi di due singole strutture in una coppia, sia per l'assemblaggio di strutture accoppiate per ottenere la connettività a lungo raggio.

Di seguito sono riportate dimostrazioni funzionali per enfatizzare l'ampio impatto e l'espandibilità macroscopica in superfici microstrutturate riconfigurabili in forma con autoassemblaggio magnetico graduale. In primo luogo, i ricercatori presentano modelli di lettere visibili/invisibili commutati magneticamente individuando due aree contrastanti nella parte della lettera e dello sfondo. Mentre i micropilastri nella parte della lettera sono assemblati in modo connettivo, i micropilastri nella regione di sfondo non sono assemblati anche se la densità del flusso magnetico aumenta fino a 0,6 T. La lettera è chiaramente osservata subito dopo l'applicazione del campo magnetico a causa delle differenze di contrasto, che scompare immediatamente quando il campo magnetico viene rimosso quando i pilastri tornano allo stato originale. In secondo luogo, i ricercatori hanno anche dimostrato la diffusione macroscopica del liquido in bidirezionale (x - e y -assi) che sono disaccoppiati l'uno dall'altro. La goccia di liquido è inizialmente fissata su array di micropillari idrofobici, ma sotto un campo magnetico, a coppie (//x ) e connettivo (//y ) l'assemblaggio riduce le distanze tra i pilastri, consentendo alla goccia di depilarsi e diffondersi.

Questo meccanismo senza precedenti di auto-assemblaggio microscopico graduale fornirà informazioni sulla riconfigurazione della forma magnetica di attuatori e sistemi robotici morbidi e la dimostrazione macroscopica del cambiamento della superficie può potenzialmente avvantaggiare un'ampia gamma di applicazioni in futuro. + Esplora ulteriormente

Il team sviluppa un nuovo design della superficie ispirato alla pelle di serpente