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Home Tecnologia Nuove tecnologie

Questi dispositivi mutaforma si sciolgono e si riformano grazie ai campi magnetici

by Abramo Iannetta
26 January 2023
in Nuove tecnologie
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Il gallio più il magnetismo equivale a qualcosa di uscito direttamente Terminatore 2


galleria di immagini che mostrano una figura simile a Lego che si liquefa per scappare da una prigione

Questa statuetta simile a un Lego è scappata di prigione Terminatore 2–stile grazie a un nuovo composto di gallio e particelle magnetiche, che si liquefa in presenza di un campo magnetico variabile e si muove sotto la guida di un magnete permanente.


I robot mutaforma in metallo liquido potrebbero non essere più limitati alla fantascienza.

Le macchine in miniatura possono passaggio da solido a liquido e viceversa per infilarsi in spazi ristretti ed eseguire compiti come saldare un circuito, i ricercatori riferiscono il 25 gennaio Questione.

Questa proprietà di sfasamento, che può essere controllata a distanza con un campo magnetico, è dovuta al gallio metallico. I ricercatori hanno incorporato il metallo con particelle magnetiche dirigere i movimenti del metallo con i magneti. Questo nuovo materiale potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare robot morbidi e flessibili in grado di muoversi attraverso passaggi stretti ed essere guidati dall’esterno.

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Gli scienziati hanno sviluppato per anni robot morbidi controllati magneticamente. La maggior parte dei materiali esistenti per questi robot sono costituiti da materiali elastici ma solidi, che non possono passare attraverso gli spazi più stretti, o liquidi magnetici, che sono fluidi ma incapaci di trasportare oggetti pesanti (SN: 18/07/19).

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno unito entrambi gli approcci dopo aver trovato ispirazione dalla natura (SN: 3/3/21). I cetrioli di mare, ad esempio, “possono cambiare molto rapidamente e in modo reversibile la loro rigidità”, afferma l’ingegnere meccanico Carmel Majidi della Carnegie Mellon University di Pittsburgh. “La sfida per noi come ingegneri è imitarla nei sistemi di materiali morbidi”.

Quindi il team si è rivolto al gallio, un metallo che fonde a circa 30° Celsius, leggermente al di sopra della temperatura ambiente. Invece di collegare un riscaldatore a un pezzo di metallo per cambiarne lo stato, i ricercatori lo espongono a un campo magnetico in rapida evoluzione per liquefarlo. Il campo magnetico alternato genera elettricità all’interno del gallio, provocandone il riscaldamento e la fusione. Il materiale si risolidifica se lasciato raffreddare a temperatura ambiente.

Poiché le particelle magnetiche sono sparse in tutto il gallio, un magnete permanente può trascinarlo in giro. In forma solida, un magnete può spostare il materiale a una velocità di circa 1,5 metri al secondo. Il gallio aggiornato può anche trasportare circa 10.000 volte il suo peso.

I magneti esterni possono ancora manipolare la forma liquida, facendola allungare, dividere e fondere. Ma controllare il movimento del fluido è più impegnativo, perché le particelle nel gallio possono ruotare liberamente e avere poli magnetici non allineati a causa della fusione. A causa dei loro vari orientamenti, le particelle si muovono in direzioni diverse in risposta a un magnete.

Majidi e colleghi hanno testato la loro strategia in minuscole macchine che svolgevano compiti diversi. In una dimostrazione direttamente dal film Terminatore 2una persona giocattolo è scappata da una cella di prigione sciogliendosi attraverso le sbarre e risolidificandosi nella sua forma originale usando uno stampo posto appena fuori dalle sbarre.

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Sul lato più pratico, una macchina ha rimosso una pallina da un modello di stomaco umano sciogliendosi leggermente per avvolgersi attorno all’oggetto estraneo prima di uscire dall’organo. Ma il gallio da solo si trasformerebbe in sostanza appiccicosa all’interno di un vero corpo umano, poiché il metallo è un liquido alla temperatura corporea, circa 37° C. Alcuni altri metalli, come il bismuto e lo stagno, verrebbero aggiunti al gallio nelle applicazioni biomediche per aumentare il punto di fusione del materiale, dicono gli autori. In un’altra dimostrazione, il materiale si è liquefatto e indurito per saldare un circuito stampato.

Con l’aiuto di magneti variabili e permanenti, i ricercatori hanno trasformato pezzi di gallio in dispositivi mutaforma. Nella prima clip, una figura giocattolo fugge dalla sua cella di prigione liquefacendosi, scivolando attraverso le sbarre e risolidificandosi usando uno stampo posto appena fuori dalle sbarre. Nella seconda clip, un dispositivo rimuove una palla da un modello di stomaco umano sciogliendosi leggermente per avvolgersi attorno all’oggetto estraneo ed uscire dall’organo.

Sebbene questo materiale a cambiamento di fase rappresenti un grande passo avanti nel campo, permangono interrogativi sulle sue applicazioni biomediche, afferma l’ingegnere biomedico Amir Jafari dell’Università del Texas settentrionale a Denton, che non è stato coinvolto nel lavoro. Una grande sfida, dice, è controllare con precisione le forze magnetiche all’interno del corpo umano che sono generate da un dispositivo esterno.

“È uno strumento interessante”, afferma l’ingegnere di robotica Nicholas Bira dell’Università di Harvard, anch’egli non coinvolto nello studio. Ma, aggiunge, gli scienziati che studiano la robotica morbida creano costantemente nuovi materiali.

“La vera innovazione a venire sta nella combinazione di questi diversi materiali innovativi.”

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