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可以組裝成二維形狀并受外部磁場控制的立方體形磁性積木

2022-08-29 01:52:00 編輯:彭琦風(fēng) 來源:
導(dǎo)讀 ETH科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出可以組裝成二維形狀并受外部磁場控制的立方體形磁性積木。它們可用于軟機(jī)器人應(yīng)用。如果您曾經(jīng)嘗試過將幾個非常堅固的...

ETH科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出可以組裝成二維形狀并受外部磁場控制的立方體形磁性積木。它們可用于軟機(jī)器人應(yīng)用。如果您曾經(jīng)嘗試過將幾個非常堅固的小立方體磁鐵彼此緊挨放在磁性板上,那么您會知道自己做不到。發(fā)生的情況是,磁鐵始終排列在從磁性板垂直伸出的圓柱中。而且,幾乎不可能將幾行這些磁體連接在一起以形成平坦的表面。那是因為磁鐵是偶極的。相等的磁極彼此排斥,一個磁體的北極始終將自身附著到另一個磁體的南極,反之亦然。這就解釋了為什么它們形成一個列,使所有磁體對齊的方式相同。

現(xiàn)在,蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們已經(jīng)成功地制造出了立方體形狀的磁性構(gòu)建塊,這是有史以來第一次,可以連接在一起以形成二維形狀??茖W(xué)家將其稱為模塊的新構(gòu)件不是偶極而是四極,這意味著它們每個都有兩個北極和兩個南極。在每個以塑料3D印刷的模塊內(nèi)部,有兩個小的常規(guī)偶極磁體,它們的相等磁極彼此面對(見圖)。可以像小國際象棋棋盤一樣組裝這些積木,以形成任何二維形狀。它的工作原理是:由于南極和北極相互吸引,因此一個四極構(gòu)造塊,其兩個南極面向左右,將在其四個側(cè)面上吸引一個建筑物 塊旋轉(zhuǎn)了90度,因此其北極位于左右兩邊。

基于這一原理,科學(xué)家們制作了彩色模塊,其邊緣長度剛好超過2毫米。他們將它們組裝成像素藝術(shù)表情符號,以演示模塊可以做什么。但是,可能的用例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這種頭。ETH的Bradley Nelson教授小組的博士生,科學(xué)家最近在Science Robotics上發(fā)表的論文的主要作者Gu Hongri說:“我們對軟機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用特別感興趣。

四極支配模塊的磁性。但是,這要復(fù)雜得多,因為除了強(qiáng)四極桿外,科學(xué)家還在構(gòu)造塊中構(gòu)建了一個弱偶極桿。他們通過將模塊中的小磁鐵彼此以微小角度而不是平行的方式布置來實現(xiàn)此目的(參見圖片)。

Gu解釋說:“這導(dǎo)致模塊將自身對準(zhǔn)外部磁場,就像指南針一樣。” “有了可變的磁場,我們就可以將已經(jīng)構(gòu)建的形狀移出模塊。添加一些靈活的連接器,甚至可以構(gòu)建可以通過磁場控制的機(jī)器人。

顧說,他們的工作最初是關(guān)于開發(fā)新原則的。他說,它與尺寸無關(guān),這意味著沒有理由無法開發(fā)出更小的四極模塊??茖W(xué)家們還在研究如何在磁場的作用下將模塊用于將線性結(jié)構(gòu)組合成多維對象。這是將來可能在醫(yī)學(xué)中使用的東西:可以想象,諸如支架之類的物體可以由包含此類模塊的螺紋形成??梢酝ㄟ^一個相對簡單的,微創(chuàng)的程序通過細(xì)小的開口將線插入體內(nèi),然后施加磁場以將其組裝到體內(nèi)的最終多維結(jié)構(gòu)中。


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