أجهزة تغيير الشكل التي يتم التحكم فيها مغناطيسيًا: الذوبان والإصلاح حسب الرغبة

مجلة رونق -  قد لا تقتصر الروبوتات المعدنية السائلة المتغيرة الشكل على الخيال العلمي.

أفاد الباحثون في 25 يناير في مجلة ماتر أن الآلات المصغرة يمكن أن تنتقل من الحالة الصلبة إلى السائلة والعودة مرة أخرى للضغط في المساحات الضيقة وتنفيذ مهام مثل لحام لوحة الدائرة الكهربائية.

ترجع خاصية إزاحة الطور هذه ، والتي يمكن التحكم فيها عن بُعد باستخدام مجال مغناطيسي ، إلى معدن الغاليوم. قام الباحثون بدمج المعدن مع الجسيمات المغناطيسية لتوجيه حركات المعدن بالمغناطيس. يمكن أن تساعد هذه المادة الجديدة العلماء على تطوير روبوتات ناعمة ومرنة يمكنها التأرجح عبر ممرات ضيقة وتوجيهها من الخارج.

عمل العلماء على تطوير روبوتات لينة مدفوعة مغناطيسيًا لسنوات. تتكون معظم المواد الموجودة لهذه الروبوتات من مواد قابلة للتمدد ولكنها صلبة ، والتي لا يمكنها التحرك عبر أضيق المساحات ، أو سوائل مغناطيسية حديدية ، وهي سائلة ولكنها غير قادرة على حمل الأشياء الثقيلة (SN: 07/18/19).

في الدراسة الجديدة ، خلط الباحثون بين النهجين بعد استلهام الإلهام من الطبيعة (SN: 3/3/21). يقول المهندس الميكانيكي كارمل ماجيدي من جامعة كارنيجي ميلون في بيتسبرغ ، على سبيل المثال: "يمكن لخيار البحر تغيير صلابته بسرعة كبيرة وبطريقة عكسية". "التحدي الذي نواجهه كمهندسين هو محاكاة هذا في أنظمة المواد اللينة."

لذلك تحول الفريق إلى معدن الغاليوم ، الذي يذوب عند حوالي 30 درجة مئوية ، فوق درجة حرارة الغرفة. بدلاً من ربط عنصر تسخين بقطعة من المعدن لتغيير حالتها ، عرّضها الباحثون لمجال مغناطيسي سريع التغير لتسييله. يولد المجال المغناطيسي المتناوب الكهرباء داخل الغاليوم ، مما يؤدي إلى تسخينه وذوبانه. تتصلب المادة عند تركها لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

نظرًا لتشتت الجزيئات المغناطيسية في الغاليوم ، يمكن للمغناطيس الدائم أن يسحبه. في الحالة الصلبة ، يمكن للمغناطيس أن يحرك المادة بسرعة حوالي 1.5 متر في الثانية. يمكن للجاليوم المحسن أيضًا أن يحمل ما يقرب من 10000 ضعف وزنه.

لا يزال بإمكان المغناطيسات الخارجية معالجة الشكل السائل ، مما يتسبب في تمدده وانقسامه واندماجه. لكن التحكم في حركة السائل أكثر صعوبة ، لأن جزيئات الغاليوم يمكن أن تدور بحرية ولها أقطاب مغناطيسية غير محاذية بسبب الذوبان. نظرًا لاتجاهاتها المختلفة ، تتحرك الجسيمات في اتجاهات مختلفة استجابةً للمغناطيس.

اختبر الماجدي وزملاؤه استراتيجيتهم على آلات صغيرة تؤدي مهام مختلفة. في عرض توضيحي مباشر من فيلم Terminator 2 ، هرب شخص لعبة من زنزانة سجن عن طريق الذوبان في القضبان والتماسك في شكلها الأصلي باستخدام قالب يوضع خارج القضبان مباشرة.

على المستوى العملي ، تزيل الآلة كتلة صغيرة من معدة الإنسان النموذجية عن طريق الذوبان قليلاً للالتفاف حول الجسم الغريب قبل الخروج من العضو. لكن الغاليوم وحده سيتحول إلى مادة صلبة داخل جسم الإنسان الحقيقي ، نظرًا لأن المعدن سائل عند درجة حرارة الجسم ، حوالي 37 درجة مئوية ، ستضاف بعض المعادن ، مثل البزموت والقصدير ، إلى الغاليوم في التطبيقات الطبية الحيوية لزيادة الذوبان. نقطة الجوهر ، كما يقول المؤلفون. في عرض توضيحي آخر ، تم تسييل المادة وإعادة صلابتها لتلحيم لوحة دوائر مطبوعة.

أعمال. يقول إن أحد التحديات الكبيرة هو التحكم بدقة في القوى المغناطيسية داخل جسم الإنسان والتي يتم إنشاؤها من جهاز خارجي.

يقول مهندس الروبوتات نيكولاس بيرا من جامعة هارفارد ، والذي لم يشارك أيضًا في الدراسة: "إنها أداة مقنعة". لكنه يضيف أن العلماء الذين يدرسون الروبوتات اللينة يصنعون باستمرار مواد جديدة.

"الابتكار الحقيقي الذي يأتي هو الجمع بين هذه المواد المبتكرة المختلفة."