Теперь ученым из ETH Zurich удалось создать магнитные строительные блоки в форме кубов, которые – впервые в истории – могут быть соединены вместе для образования двухмерных форм. Новые строительные блоки, которые ученые называют модулями, являются не диполярными, а четырехполюсными, что означает, что каждый из них имеет два северных полюса и два южных полюса. Внутри каждого из модулей, напечатанных на 3D-принтере из пластика, есть два небольших обычных дипольных магнита с равными полюсами, обращенными друг к другу (см.
Рисунок). Строительные блоки можно собирать как маленькие шахматные доски, получая любые двухмерные формы. Это работает следующим образом: поскольку южный и северный полюса притягиваются друг к другу, квадрупольный строительный блок с двумя южными полюсами, обращенными влево и вправо, будет притягивать на каждой из своих четырех сторон строительный блок, повернутый на 90 градусов, так что его север полюса на лице слева и справа.
Основываясь на этом принципе, ученые создали цветные модули с длиной кромки чуть более двух миллиметров. Они собрали из них смайлики в стиле пиксель-арт, чтобы продемонстрировать, на что способны модули.
Однако возможные варианты использования выходят далеко за рамки таких уловок. «Нас особенно интересуют приложения в области мягкой робототехники», – говорит Хунри Гу, докторант группы профессора Брэдли Нельсона в ETH и ведущий автор статьи, недавно опубликованной учеными в Science Robotics.
Квадруполь и диполь в одном строительном блоке
Квадруполь определяет магнитные свойства модулей. Однако это немного сложнее, потому что помимо сильного квадруполя ученые встроили в строительные блоки слабый диполь.
Они достигли этого, расположив маленькие магниты в модуле под небольшим углом друг к другу, а не параллельно (см. Рисунок).
«Это заставляет модули выравниваться с внешним магнитным полем, как это делает стрелка компаса», – объясняет Гу. "С помощью переменного магнитного поля мы можем перемещать фигуры, которые мы построили из модулей. Добавьте несколько гибких соединителей, и вы даже сможете создавать роботов, которыми можно будет управлять с помощью магнитного поля."
Гу говорит, что изначально их работа заключалась в разработке нового принципа. По его словам, он не зависит от размера, а это означает, что нет причин, по которым нельзя было бы разработать квадрупольные модули гораздо меньшего размера.
Ученые также изучают, как модули могут быть использованы для объединения линейной структуры в многомерный объект с помощью магнитного поля. Это то, что может быть использовано в медицине в будущем: вполне возможно, что такие объекты, как стенты, могут быть сформированы из нити, состоящей из таких модулей.
Нить можно ввести в тело относительно простой, минимально инвазивной процедурой через крошечное отверстие, а затем приложить магнитное поле, чтобы собрать ее в окончательную многомерную структуру внутри тела.