Он плавится под воздействием переменного магнитного поля
Инженеры из Китая и США создали робота из галлия и микрочастиц неодима-железа-бора. Благодаря низкой температуре плавления робот способен быстро переходить из твердой формы в жидкую и проходить через узкие ограниченные пространства, при этом для нагрева используется переменное магнитное поле. В будущем робот может применяться для дистанционной сборки печатных плат, крепежа конструкций в труднодоступных местах, а также в биомедицинских целях для доставки лекарственных препаратов и неинвазивных операций внутри организма. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Matter.
Инженеры давно работают над созданием миниатюрных роботов, которыми можно управлять дистанционно. Благодаря небольшим размерам они способны проникать в труднодоступные места и выполнять различные манипуляции с объектами. Обычно конструкция таких роботов состоит из материалов с внедренными в них магнитными частицами, которые позволяют воздействовать на них с помощью внешнего магнитного поля.
В качестве примера можно привести недавно представленный прототип робота, который может применяться для доставки лекарственных препаратов и неинвазивных манипуляций внутри организма. Его цилиндрический корпус состоит из полипропиленовой пленки и силикона с внедренными магнитными частицами, что позволяет перемещать его с высокой точностью с помощью магнитной системы управления.
Этот робот и подобные ему устройства имеют один существенный недостаток — в их конструкции используются достаточно твердые материалы, которые ограничивают способность робота изменять форму и проникать через очень узкие пространства. С другой стороны, существующие на сегодняшний день роботы на основе жидких материалов в свою очередь имеют слишком низкую механическую прочность, что ограничивает их скорость передвижения, грузоподъемность и силу, с которой они способны воздействовать на объекты.
Разрешить это противоречие попыталась группа инженеров из Китая и США под руководством Кармеля Маджиди (Carmel Majidi) из Университета Карнеги — Меллона. Они создали робота на основе металла галлия, смешанного с микрочастицами неодима-железа-бора. Получившийся композитный материал имеет низкую температуру плавления равную 30,6 градуса Цельсия. С одной стороны, это позволяет ему оставаться твердым при комнатной температуре, а с другой — он легко переходит в жидкую фазу без больших затрат энергии.
Для нагрева применяется переменное магнитное поле. Под его воздействием за 80 секунд материал массой 50 граммов нагревается до 35 градусов и расплавляется. После отключения нагревателя происходит остывание за счет отдачи тепла окружающей среде и переход в твердую фазу в течение 70 секунд. При желании можно изменять температуру плавления робота, используя в качестве материала сплавы галлия с другими металлами (например, галинстан — сплав галлия с оловом и индием — имеет температуру плавления минус 19 градусов Цельсия).
Благодаря внедренным в расплав магнитным микрочастицам роботом можно управлять с помощью магнитного поля. При этом направление суммарной намагниченности «корпуса» можно изменять в момент когда материал находится в жидком состоянии, а микрочастицы NdFeB, каждая из которых представляет собой отдельный маленький магнит, способны свободно ориентироваться под воздействием внешнего магнитного поля.
Инженеры провели серию экспериментов, чтобы убедиться в достоинствах выбранного материала для робота. В одном из них они продемонстрировали его способность проходить через узкие пространства. Для этого робота в форме фигурки LEGO поместили в клетку с прутьями. Затем материал нагрели и перевели в жидкую фазу и робот в жидкометаллическом состоянии смог просочиться между прутьями решетки. После этого каплю материала поместили в форму, в которой робот затвердел и принял первоначальный вид.
В другом эксперименте было продемонстрировано возможное практическое применение — размещение электронных компонентов и их припаивание к печатной плате. Для этого двух роботов сначала использовали для того чтобы правильно разместить электронный компонент (светодиод) над нужными электрическими контактами. Затем роботов поместили поверх контактов и расплавили. После охлаждения и затвердевания компонент оказался надежно закреплен и функционален.
Также частицы из расплавляемого материала можно использовать в качестве дистанционно устанавливаемого крепежа. Для этого необходимо разместить их над отверстиями, а затем расплавить. После того как жидкий металл заполнит отверстия, нагреватель отключается. Как продемонстрировал эксперимент, два таких «винта», с помощью которых скрепили две пластиковые пластины, способны удерживать груз массой 10 килограмм.
Кроме этого, инженеры продемонстрировали возможность применения робота в области медицины. Благодаря переходу из твердого в жидкое состояние и изменению формы робот смог захватить и удалить инородное тело из модели желудка, а также доставить в него лекарственный препарат.
Системы магнитного управления позволяют с высокой точностью позиционировать намагниченные объекты в пространстве. Ранее мы рассказывали о разработке инженеров из MIT, которые создали систему для дистанционного проведения эндоваскулярных хирургических операций. Она состоит из манипулятора с магнитом на конце, с помощью которого можно с высокой точностью управлять намагниченным хирургическим инструментом внутри кровеносных сосудов.
Раскопки проходили в окрестностях Базеля
Швейцарские археологи, ведущие раскопки в древнеримском городе Аугуста-Раурика, рассказали на своей странице в инстаграме* об одной из недавних находок. Среди развалин каменного здания они обнаружили металлическую решетку для окна, которая лежала на глубине около 170 сантиметров от дневной поверхности. Она состоит из пяти железных прутьев, которые скреплены между собой двумя перекладинами. Пока и…