Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una técnica para utilizar cadenas de nanopartículas magnéticas para manipular polímeros elásticos en tres dimensiones, que podrían usarse para controlar de forma remota nuevos "robots blandos".
La capacidad de controlar el movimiento de los robots blandos, junto con su flexibilidad, les brinda aplicaciones potenciales que van desde tecnologías biomédicas hasta procesos de fabricación. Los investigadores están interesados en usar campos magnéticos para controlar el movimiento de estos robots blandos porque se puede hacer de forma remota- el control puede ejercerse sin conectarse físicamente al polímero, y porque los campos magnéticos se obtienen fácilmente de imanes permanentes y electroimanes.
Un equipo de investigadores ha encontrado una forma de incrustar largas cadenas de partículas de magnetita a nanoescala en láminas de polímero elástico para formar un nanocompuesto de polímero magnético. Al aplicar un campo magnético, los investigadores pueden controlar la forma en que se dobla el nanocompuesto, haciéndoloun robot blando
El proceso comienza dispersando nanopartículas de magnetita - un óxido de hierro - en un solvente. Luego se disuelve un polímero en la mezcla, que se vierte en un molde para formar la forma deseada. Luego se aplica un campo magnético, causandolas nanopartículas de magnetita para organizarse en cadenas paralelas. La solución se seca, asegurando las cadenas en su lugar, y el nanocompuesto terminado se puede cortar, para refinar aún más su forma.
"Usando esta técnica, podemos crear nanocompuestos grandes, en muchas formas diferentes, que pueden manipularse de forma remota", dice Sumeet Mishra, estudiante de doctorado en NC State y autor principal de un artículo sobre el trabajo ".Las cadenas de nanopartículas nos dan una respuesta mejorada, y al controlar la fuerza y la dirección del campo magnético, puede controlar la extensión y la dirección de los movimientos de los robots blandos ".
El mecanismo proviene de la estructura de las cadenas. Los investigadores también han construido un modelo simple para explicar cómo las nanopartículas encadenadas afectan la respuesta mecánica en los campos magnéticos.
"La clave aquí es que las nanopartículas en las cadenas y sus dipolos magnéticos están dispuestos cabeza a cola, con el extremo positivo de una nanopartícula magnética alineada con el extremo negativo de la siguiente, todo el camino hacia abajo,"dice Joe Tracy, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y autor correspondiente del artículo". El problema es algo llamado anisotropía magnética, que se produce al ensamblar las nanopartículas en cadenas. Cuando se aplica un campo magnético en cualquierdirección, la cadena se reorienta a sí misma para volverse lo más paralela posible al campo magnético, limitada solo por las restricciones de la gravedad y la elasticidad del polímero ".
Los investigadores creen que esta técnica puede ser especialmente atractiva para algunas aplicaciones biomédicas, en comparación con la robótica suave que depende de la electricidad o la luz para el control. "El control eléctrico puede plantear problemas de seguridad para algunas aplicaciones médicas", dice Mishra. "Y ambosy las señales luminosas plantean desafíos en términos de comunicación de esas señales a dispositivos incrustados en el cuerpo. Los campos magnéticos, por otro lado, pasan fácilmente y plantean menos desafíos de seguridad ".
Esta técnica utiliza materiales económicos y ampliamente disponibles, y el proceso es relativamente simple y fácil de ejecutar, dicen los investigadores.
El documento, "Actuación selectiva y direccional de películas de elastómero usando nanopartículas magnéticas encadenadas", se publica en línea en la revista de la Royal Society of Chemistry nanoescala . El documento es coautor de Michael Dickey y Orlin Velev del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular del Estado de Carolina del Norte. El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, bajo la subvención DMR-1056653, y por Research Triangle Materials financiado por NSFResearch Science and Engineering Center, bajo la subvención DMR-1121107.
Mishra ganó un premio Gold Graduate Student de la Sociedad de Investigación de Materiales en diciembre de 2015 por su trabajo en este esfuerzo de investigación.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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