Исследователи разработали новое устройство, которое объединяет магнитные поля и принципы дизайна киригами для дистанционного управления движением гибкой ямчатой ​​поверхности, что позволяет ей манипулировать объектами, фактически не захватывая их, что делает ее полезной для подъема и перемещения таких предметов, как хрупкие предметы, гели или жидкости. Технология имеет потенциал для использования в ограниченном пространстве, где роботизированные руки или аналогичные инструменты не являются вариантом.

Статья «Магнитный купольный металист киригами с высокой деформируемостью и жесткостью для адаптивного динамического изменения формы и мультимодальной манипуляции» была опубликована 6 декабря в журнале Science Advances.

«Мы пытались решить две проблемы», — говорит Цзе Инь, соавтор статьи о работе и доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Университете штата Северная Каролина.
«Первая проблема заключалась в том, как перемещать объекты, которые нельзя захватить захватами, например, хрупкие объекты или предметы в ограниченном пространстве. Вторая проблема заключалась в том, как использовать магнитное поле для дистанционного подъема и перемещения объектов, которые не являются магнитными».

Для решения этих проблем исследователи создали «металист», состоящий из эластичного полимера, в который внедрены магнитные микрочастицы. Затем на листе был вырезан рисунок. Внешние края металиста прикреплены к жесткой раме.

Перемещая магнитное поле под метаслоем, можно заставить его части выпячиваться вверх или опускаться вниз.

«Вы можете фактически заставить поверхность металиста двигаться подобно волне, управляя направлением магнитного поля», — говорит Инь. «А регулировка силы магнитного поля определяет, насколько волна поднимется или опустится».

«Управление движением поверхности металиста позволяет перемещать многие типы объектов, лежащих на поверхности, будь то капли жидкости или плоский кусок стекла», — говорит Джо Трейси, соавтор статьи и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина.

«Дизайн разрезов на металисте — это пример киригами, или вырезания из бумаги», — говорит Йиндинг Чи, первый автор статьи и бывший аспирант NC State. «Это особенно важно для металистов, поскольку киригами повышает гибкость, не жертвуя при этом фундаментальной жесткостью самого материала.

«Это позволяет нам усиливать деформацию материала, не теряя при этом его механической прочности », — говорит Чи, который сейчас является постдокторантом в Университете Пенсильвании. «Кроме того, металист очень чувствителен к магнитному полю, время отклика составляет всего две миллисекунды».

«Довольно мало исследований было посвящено использованию магнитного привода в сочетании с киригами, и то, что мы сделали, свидетельствует о том, что существует огромный потенциал для объединения этих подходов в различных областях — от мягкой робототехники до производственных приложений», — говорит Трейси.

«Мы заинтересованы в уменьшении масштаба этого подхода, чтобы позволить метаслоям манипулировать более мелкими объектами и меньшими объемами жидкости», — говорит Чи.

«Нам также интересно, как этот подход можно использовать для создания тактильных технологий, которые могут найти применение во всем: от игр до устройств с ограниченными возможностями», — говорит Инь.