Beobachten Sie diese Person

Zellpresse

Video: Dies ist ein Video eines menschenförmigen Roboters, der sich verflüssigt, um aus einem Käfig zu entkommen. Anschließend haben die Forscher den Roboter manuell herausgezogen und ihn wieder in seine ursprüngliche Form gebracht.mehr sehen

Bildnachweis: Wang und Pan et al.

Inspiriert von Seegurken haben Ingenieure Miniaturroboter entworfen, die schnell und reversibel zwischen flüssigem und festem Zustand wechseln. Die Roboter sind nicht nur in der Lage, ihre Gestalt zu verändern, sie sind auch magnetisch und können Elektrizität leiten. In einer Studie, die am 25. Januar in der Fachzeitschrift Matter veröffentlicht wurde, haben die Forscher die Roboter einem Hindernisparcours aus Mobilitäts- und Formänderungstests unterzogen.

Während herkömmliche Roboter einen harten und steifen Körper haben, haben „weiche“ Roboter das gegenteilige Problem; Sie sind flexibel, aber schwach und ihre Bewegungen sind schwer zu kontrollieren. „Wenn Robotern die Möglichkeit gegeben wird, zwischen flüssigem und festem Zustand zu wechseln, erhalten sie mehr Funktionalität“, sagt Chengfeng Pan (@ChengfengPan), ein Ingenieur an der Chinesischen Universität Hongkong, der die Studie leitete.

Das Team schuf das neue Phasenverschiebungsmaterial – eine sogenannte „magnetoaktive Fest-Flüssig-Phasenübergangsmaschine“ – durch die Einbettung magnetischer Partikel in Gallium, ein Metall mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt (29,8 °C).

„Die magnetischen Partikel haben hier zwei Rollen“, sagt der leitende Autor und Maschinenbauingenieur Carmel Majidi (@SoftMachinesLab) von der Carnegie Mellon University. „Einer besteht darin, dass sie das Material auf ein magnetisches Wechselfeld reagieren lassen, so dass man das Material durch Induktion erhitzen und den Phasenwechsel bewirken kann. Die magnetischen Partikel verleihen den Robotern aber auch Mobilität und die Fähigkeit, sich als Reaktion auf das Magnetfeld zu bewegen.“

Dies steht im Gegensatz zu bestehenden Phasenverschiebungsmaterialien, die auf Heißluftpistolen, elektrische Ströme oder andere externe Wärmequellen angewiesen sind, um die Umwandlung von fest in flüssig einzuleiten. Das neue Material verfügt zudem über eine extrem flüssige Flüssigphase im Vergleich zu anderen Phasenwechselmaterialien, deren „flüssige“ Phasen deutlich viskoser sind.

Bevor das Team potenzielle Anwendungen untersuchte, testete es die Mobilität und Festigkeit des Materials in verschiedenen Kontexten. Mit Hilfe eines Magnetfelds sprangen die Roboter über Gräben, kletterten auf Mauern und teilten sich sogar in zwei Hälften, um gemeinsam andere Objekte zu bewegen, bevor sie wieder zusammenkamen. In einem Video verflüssigt sich ein Roboter in Form einer Person, sickert durch ein Gitter, wird dann herausgezogen und wieder in seine ursprüngliche Form gebracht.

„Jetzt treiben wir dieses Materialsystem auf praktischere Weise voran, um einige sehr spezifische medizinische und technische Probleme zu lösen“, sagt Pan.

Im biomedizinischen Bereich nutzte das Team die Roboter, um einen Fremdkörper aus einem Modellmagen zu entfernen und bei Bedarf Medikamente in denselben Magen zu verabreichen. Sie demonstrieren auch, wie das Material als intelligente Lötroboter für die Montage und Reparatur drahtloser Schaltkreise funktionieren könnte (indem es in schwer zugängliche Schaltkreise eindringt und sowohl als Lot als auch als Leiter fungiert) und als universelle mechanische „Schraube“ für den Zusammenbau von Teilen in schwer zugänglichen Schaltkreisen. zu erreichende Zwischenräume (durch Einschmelzen in die Gewindemuffe und anschließendes Erstarren; kein eigentliches Verschrauben erforderlich.)

„Zukünftige Arbeiten sollten weiter untersuchen, wie diese Roboter in einem biomedizinischen Kontext eingesetzt werden könnten“, sagt Majidi. „Was wir zeigen, sind nur einmalige Demonstrationen, Proofs of Concept, aber es werden noch viel mehr Studien erforderlich sein, um zu untersuchen, wie dies tatsächlich zur Medikamentenabgabe oder zur Entfernung von Fremdkörpern genutzt werden könnte.“

###

Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China, der Natural Science Foundation der Provinz Guangdong, dem Special Support Plan for High Level Talents in der Provinz Guangdong und dem Key Research and Development Plan der Provinz Guangdong unterstützt.

Matter, Wang und Pan et al. „Magnetoaktive Flüssig-Festphasen-Übergangsmaterie“, https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00693-2

Matter (@Matter_CP), herausgegeben von Cell Press, ist eine neue Zeitschrift für multidisziplinäre, transformative Materialwissenschaftsforschung. In den Beiträgen werden wissenschaftliche Fortschritte im gesamten Spektrum der Materialentwicklung untersucht – von den Grundlagen bis zur Anwendung, von Nano bis Makro. Besuchen Sie: https://www.cell.com/matter. Um Medienbenachrichtigungen von Cell Press zu erhalten, wenden Sie sich bitte an [email protected].

Gegenstand

10.1016/j.matt.2022.12.003

Experimentelle Studie

Unzutreffend

Magnetoaktive Flüssig-Festphasen-Übergangsmaterie

25.01.2023

Haftungsausschluss: AAAS und EurekAlert! sind nicht verantwortlich für die Richtigkeit der auf EurekAlert veröffentlichten Pressemitteilungen! durch beitragende Institutionen oder für die Nutzung jeglicher Informationen über das EurekAlert-System.