Noticias

Jan 11, 2024

Manipulaciones selectivas complejas de materia programable termomagnética

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 20767 (2022) Citar este artículo

1816 Accesos

107 Altmetric

Detalles de métricas

La materia programable puede cambiar su forma, rigidez u otras propiedades físicas a pedido. El trabajo anterior ha mostrado materia controlada ópticamente sin contacto o actuación magnética, pero la primera tiene una fuerza limitada y la segunda tiene una resolución espacial limitada. Aquí, mostramos un nivel de control sin precedentes que combina patrones de luz y campos magnéticos. Una mezcla de polvo termoplástico y ferromagnético se calienta en lugares específicos que se vuelven maleables y son atraídos por los campos magnéticos. Estas áreas calentadas se solidifican al enfriarse y el proceso puede repetirse. Mostramos un control complejo de losas 3D, láminas 2D y filamentos 1D con aplicaciones en pantallas táctiles y manipulación de objetos. Debido a la baja temperatura de transición y la posibilidad de usar calentamiento por microondas, el compuesto se puede manipular en el aire, el agua o dentro de tejido biológico y tiene el potencial de revolucionar los dispositivos biomédicos, la robótica o las tecnologías de visualización.

La materia programable puede cambiar de forma, densidad, módulos u otras propiedades físicas de manera programática1. Estos cambios se controlan externamente o se activan mediante la detección y el procesamiento integrados en el material2. Los dos enfoques principales para implementar materia programable son: robots modulares3, que proporcionan más inteligencia; y actuación externa4, que produce una mayor resolución espacial y escalabilidad. La materia programable tiene aplicaciones innovadoras en los campos de la ingeniería y la medicina, pero la granularidad que se puede lograr en sus manipulaciones aún es significativamente limitada.

La luz se ha utilizado como método de actuación externa. Los materiales combinados con azobencenos5 se activan cuando se iluminan. Por ejemplo, activando el movimiento cuando un objeto reflectante u opaco se acerca al material6, o permitiendo la locomoción en filamentos y cilindros cuando se iluminan con patrones de luz dinámicos7. Por otro lado, el calor generado por la luz puede mover objetos pequeños en la superficie del agua debido a gradientes de temperatura8 o cambiar de fase en aleaciones con memoria de forma9. La actuación con luz o su efecto térmico tiene una alta resolución espacial dada la tecnología existente para proyectar imágenes, pero la fuerza de actuación es relativamente débil y después de la actuación, todo el material vuelve a su estado inicial o retiene un estado no reversible. Además, la luz no puede atravesar materiales opacos.

Los campos magnéticos son otra forma de controlar la materia a distancia. Un hilo flexible de polímero que contiene polvo magnético se puede dirigir de forma remota para navegar en entornos retorcidos10, las láminas de materiales flexibles incrustadas con partículas ferromagnéticas o magnéticas se pueden trasladar y flexionar de forma controlada para la locomoción11,12, se puede accionar una alfombra hecha de cilios magnéticos para controlar los objetos que están encima de él13, y el limo magnético se puede mover magnéticamente para atrapar y transportar otros objetos14. La actuación magnética es fuerte y puede atravesar materiales no metálicos, pero no es posible tener una alta resolución espacial ya que los campos magnéticos no permanecen enfocados a distancia. Para un mejor control, la atracción o repulsión magnética sobre el material se puede modular calentándolo hacia su temperatura de Curie, ya sea usando luz15 o inducción electromagnética16, pero estos métodos se aplican en toda la superficie y no permiten una manipulación fina. El metal líquido puede traducirse en gotas17 por campos magnéticos externos, y cuando se combinan en una suspensión magnetorreológica también puede cambiar la rigidez18, sirviendo como conexión eléctrica dinámica en circuitos reconfigurables.

Aquí, mostramos niveles sin precedentes de control manipulando la materia utilizando una combinación de patrones espaciales térmicos y activación magnética en un material compuesto hecho de una matriz de termoplástico reversible de baja temperatura (policaprolactona, PCL) mezclado con polvo ferromagnético (partículas de hierro), ver " Métodos" "Mezcla de compuestos".

Los termoplásticos se han mezclado antes con polvo de hierro para ajustar su conductividad térmica19, resistencia eléctrica20 o absorción de oxígeno21. En el contexto de la materia programable, se ha demostrado la combinación de accionamiento magnético y térmico para este tipo de compuestos22,23, pero las manipulaciones solo se aplicaron a láminas 2D y el calor se aplicó a todo el material, limitando significativamente los tipos y la complejidad. de las manipulaciones.

En nuestras manipulaciones presentadas, el material es sólido a temperatura ambiente (25 \({^\circ }\)C) pero se vuelve maleable más allá de los 50 \({^\circ }\)C mediante la aplicación de calor en ubicaciones específicas. El calor se puede aplicar globalmente, con una lámpara IR; en un área localizada, utilizando pistolas de aire caliente; con patrones espaciales, usando una máscara en luz colimada; en un punto focal, utilizando lámparas halógenas o láseres enfocados; y en el interior de materiales opacos, con radiación de microondas (ver "Métodos": "Fuentes térmicas"). Luego, un campo magnético atrae las partículas de Fe que están incrustadas dentro de la matriz, arrastrando con ellas las partes maleables del PCL. El material solidifica cuando se enfría a temperatura ambiente, siendo este proceso repetible. Se habilitan diferentes aplicaciones que van desde la formación de código Braille hasta la escultura de figuras utilizando patrones térmicos espacialmente complejos aplicados en filamentos 1D, hojas 2D o bloques 3D (ver Película complementaria 1). El principio básico se muestra en la Fig. 1.

Manipulaciones sobre un termoplástico ferromagnético utilizando patrones térmicos y campos magnéticos. (a) El aire caliente hace que el centro de un filamento sea maleable, un campo magnético tira de un lado del filamento que se dobla a lo largo del área calentada, al enfriarse el filamento se solidifica. (b) Un láser calienta puntos específicos en una hoja, un campo magnético atrae esos puntos hacia arriba, al enfriarse, los puntos elevados se fijan y se pueden presionar sin deformarse. (c) Un patrón 2D se ilumina en una hoja de material, cuando se aplica un campo magnético, las áreas calentadas se elevan y al solidificarse se vuelven en relieve. (d) Una gota de material se eleva en una columna, se calienta un punto de la columna y se extrae una rama secundaria. (e) Las microondas pueden calentar el material cuando está dentro de un material ópticamente opaco, por ejemplo, para expandir su contenedor o activarlo.

En la Película complementaria 2 se muestra un modelo cualitativo del principio de funcionamiento. Las siguientes ecuaciones se combinaron en una simulación de dominio de tiempo de partículas conectadas para informar los experimentos presentados en el documento. El campo H generado por el imán se aproxima como un dipolo24: \(\textbf{H}(\textbf{r}) = \frac{1}{4\pi }\left( \frac{3 \hat{\textbf{r}}(\textbf{m} \cdot \ hat{\textbf{r}})-\textbf{m}}{r^{3}}\right)\) donde \(\textbf{r}\) es el vector desde el dipolo hasta el punto en el campo , y \(\textbf{m}\) es el momento magnético del dipolo. Esta fuerza magnética que el campo H ejerce sobre una partícula de hierro se calcula como25: \({\rm{F}}_{\rm{m}}=\mu _{0} {\rm {~V}}_ {\rm{p}} {\textbf{M}}_{\rm{p}} \nabla \left( {\textbf{H}}_{\rm{p}}\right)\) donde \( \mu _{0}\) es la permeabilidad magnética del vacío,\({\rm {~V}}_{\rm{p}}\) es el volumen de partículas y \({\textbf{M}}_{ \rm{p}}\) es la magnetización de la partícula calculada como25. La distribución del calor dentro del material se modela usando la ecuación de calor común \(\frac{\partial u}{\partial t}=\alpha \Delta u\) donde \(\alpha\) es la conductividad térmica. La viscosidad del material determina su desplazamiento cortante para una fuerza dada \(F=\mu A \frac{u}{y}\) donde \(\mu\) es la viscosidad, A es el área y \(\ frac{u}{y}\) es la tasa de deformación por cortante; para un termoplástico, su viscosidad (\(\mu\)) disminuye logarítmicamente con la temperatura26.

Se crearon múltiples muestras con diferentes proporciones de partículas de hierro y se moldearon en cilindros (ver "Métodos": "Mezcla de compuestos"), se midieron las características mecánicas y magnéticas. Las muestras se etiquetaron desde S10 (10 % de hierro en volumen) hasta S50 (50 % de hierro en volumen), la adición de polvo de hierro por encima del 50 % en volumen hizo que la muestra se volviera quebradiza y no pudiera mantener su estructura.

La conductividad térmica se monitoreó a través de los cilindros de 5 cm de diámetro y 3 cm de espesor (Fig. 2a) cuando se colocaron en un lecho calentado de circuito cerrado a 50 \({^\circ }\)C (Fig. 2b,c) . Cuanto mayor era el contenido de hierro, mayor era la conductividad térmica a través del material, la temperatura se midió en la superficie superior de los cilindros. También se monitoreó la conductividad superficial (Fig. 2d-f), cuanto menor era el contenido de hierro, mayor era la temperatura alcanzada y más tardaba en enfriarse; esto puede suceder porque el calor no se puede distribuir a través del material. Más detalles están en "Métodos": "Medidas térmicas". La intensidad de la luz se puede regular para elevar la temperatura del material a diferentes velocidades (consulte la Imagen complementaria 7).

Las fuerzas de tracción magnética se midieron en las diferentes muestras y se muestran en la Fig. 2g. Cuanto mayor sea el contenido de hierro, mayor será la fuerza magnética. La distancia máxima de atracción magnética fue similar para todas las muestras (\(\approx\)6 cm) ya que las muestras con más volumen de hierro fueron atraídas más fuertemente pero también pesaron más. Más detalles están en "Métodos": "Medidas magnéticas". La caracterización adicional (pruebas de tracción y dureza Shore, así como imágenes microscópicas, confocales y SEM) está disponible en las figuras complementarias. 8, 9, 10, 11, 12 y 13 respectivamente.

El material era homogéneo en color después de la preparación y actuación. Además, la densidad de las diferentes partes mostró una desviación muy pequeña (SD \(=\) 0.006 g/ml) como se muestra en la Imagen complementaria 6. Esto indica que el polvo tenía una distribución homogénea incluso después de la actuación y que no hubo aglomeración de polvo. ocurrió después de la activación del campo magnético.

(a) Temperatura en la parte superior de las muestras a lo largo del tiempo cuando se colocan en un lecho calentado a 50 \({^\circ }\)C, el calor se elimina después de 60 min; con imágenes térmicas en color (b,c). (d) Temperatura a lo largo del tiempo en el lado de las muestras cuando se aplica un punto focal en el centro, el calor se elimina después de 20 min; con imágenes térmicas en color (e,f). ( g ) Fuerza de tracción magnética en las muestras.

Las operaciones básicas sobre el material se realizan calentando un área específica, atrayendo esa área con un campo magnético y luego enfriándola por disipación pasiva o activamente con un chorro de aire frío. El material se puede emplear en diferentes dimensiones: filamento 1D, láminas 2D y losas 3D.

Manipulaciones básicas. (a) Doblado y no doblado. b) Estiramiento y contracción. (c) División. (d) Fusión. (e) Ascendente. Las barras de escala son de 3 cm.

Cuando el material está en estado sólido, un campo magnético puede trasladarlo a lo largo de las superficies usando una manipulación atractiva magnética regular. Dado que usamos partículas ferromagnéticas de Fe, el compuesto siempre es atraído por el imán. Es posible un control preciso y selectivo. Usando dos imanes, se logró la rotación de piezas alargadas de material. La aplicación de calor puede derretir y aplanar partes específicas del material o la pieza completa si se aplica globalmente, ya sea con fuerzas magnéticas que tiran desde abajo o por la acción de la gravedad. Estas manipulaciones básicas se muestran en la Fig. 5 complementaria.

El doblado de piezas alargadas se puede lograr en una ubicación específica aplicando calor enfocado en el punto de pivote deseado y luego aplicando un campo magnético sobre el pivote; la otra parte se puede sujetar: por su propio peso si es lo suficientemente grande, por otro imán o pegándola con calor; las operaciones de enderezado se realizan con el proceso inverso (Fig. 3a). El estiramiento y la contracción se logran cuando ambas partes (por encima y por debajo del área calentada) se mueven separándolas o acercándolas respectivamente (Fig. 3b). Si las partes sólidas se separan más, la parte maleable calentada se rompe y el material se divide en dos partes (Fig. 3c). La unión de piezas separadas se puede realizar calentándolas en las áreas de unión objetivo y luego empujando estas áreas para unirlas (Fig. 3d). El levantamiento de una parte se puede lograr calentando toda la muestra y luego aplicando un campo magnético desde arriba (Fig. 3e).

El calentamiento de la superficie del material se puede lograr en 1 min con luz, el calentamiento de toda la pieza se puede lograr en 10 min. La flexión se realizó a 5 \ (^ \ circ \) / s, la manipulación de estiramiento y contracción tomó 10 s, la duración fue similar para la división. Para lograr la separación total en dos partes, una distancia mínima de 5 cm. fue requerido. La velocidad de subida fue de 5 mm/s, es posible ir más rápido pero se necesita un control preciso para evitar que el material entre en el imán. La altura máxima era de 10 cm, se pueden obtener ramas más largas pero es necesario enfriarlas externamente para evitar el colapso.

Se pueden crear diferentes letras a partir de una sola hebra de filamento combinando operaciones básicas. El filamento se divide en los diferentes segmentos que formarán cada letra. Las partes separadas se doblaron en posiciones específicas en ángulos específicos. Luego, se unieron algunos segmentos. Cada letra se puede mover como un todo sólido después. Las letras S,M,A,R,T se crearon mediante este proceso (Fig. 4a).

Manipulación compleja. (a) Formación de letras con filamento 1D. (b) Patrones Braille reversibles en una hoja. (c) Letra M grabada en relieve en una hoja. (d) Ramificación. (e) Esculpir en 3D. Las barras de escala son de 3 cm.

Se pueden levantar patrones arbitrarios en una hoja aplicando patrones ligeros para hacerlo maleable en posiciones específicas. Entonces, un campo magnético desde arriba, sube las áreas maleables. Los patrones en braille (Fig. 4b) y el contorno de la letra M (Fig. 4c) se grabaron en relieve en las hojas. Este proceso es reversible aplicando calor en toda la superficie para aplanarlo.

Se creó una forma de árbol orgánico elevando una gota de material en un tronco principal, luego se extruyeron las ramas secundarias (Fig. 4d). Se creó una escultura de una criatura marina a partir de un trozo de material. En primer lugar, fue aplanado por fusión. Luego se estiró la forma general de la cola, el cuello y las aletas. En segundo lugar, se elevaron picos a lo largo de la cola. En tercer lugar, el cuello bajo se calentó y luego se elevó tirando desde la parte superior. Finalmente, la parte final del cuello se moldeó en forma de cabeza doblándola hacia abajo y levantando dos pequeñas antenas (Fig. 4e), notamos que todos estos pasos se realizaron a distancia.

Los filamentos flexibles dopados con polvo magnético se pueden usar para navegar a través de entornos retorcidos10, aquí también podemos controlar qué partes del filamento se vuelven flexibles o rígidas calentándolas, esto permite usar el filamento como un gancho para agarrar objetos en el aire (Fig. 5a,b) o agua (Fig. 5c).

Casos de uso. (a) Un gancho para agarrar un objeto pequeño. (b) Un gancho más grande para arrastrar un objeto más pesado, puede tirar hasta 20 kg. (c) Operación bajo el agua. (d) Columna levantada como estructura de soporte. (e) Filamento adherido a lugares separados para conectarlos. (f) Filamentos apilados a diferentes distancias para filtrado selectivo. (g) Calentamiento del material dentro de un recipiente mediante microondas para poder expandirlo y contraerlo dinámicamente, después de la solidificación mantiene expandido el recipiente. Las barras de escala son de 3 cm.

Las propiedades mecánicas del termoplástico permiten que el material funcione como soporte de estructuras (Fig. 5d). Cuando el material se calienta a más de 80 \({^\circ }\)C y luego se enfría, se adhiere a diferentes superficies, esto se puede usar para conectar áreas separadas (Fig. 5e) y filtrar objetos que pasan (Fig. 5f) .

El material se puede calentar también cuando está dentro de medios ópticamente opacos usando microondas. Un magnetrón de 2,45 Ghz calentó el material haciéndolo maleable mientras estaba dentro de un globo simulador de pulmón. Luego, con un campo magnético se podía expandir y contraer de manera controlada, al solidificarse el material mantenía el globo expandido (Fig. 5g).

Los campos magnéticos tienen una limitación en su alcance de \(\approx\)6 cm, pero los imanes empleados eran cilindros regulares de neodimio. Los campos magnéticos más fuertes de equipos especializados proporcionarían un mayor alcance.

La difusión de calor es necesaria para hacer que el material sea maleable más allá de la superficie donde la luz ilumina el material. Sin embargo, la difusión hace que los patrones térmicos sean menos nítidos y limita la inclinación alcanzable en las deformaciones de la superficie. Los materiales con menor concentración de hierro tienen menos conductividad a través del material y se calientan más en la superficie, por lo que son más adecuados para la manipulación de superficies como los códigos Braille. Los compuestos con más hierro son más adecuados para manipulaciones a granel (p. ej., doblar, partir, levantar o fundir). El calentamiento por microondas se puede utilizar para el calentamiento a granel, incluso si la conductividad térmica es baja porque penetra en el material, mientras que los métodos basados ​​en la luz o el aire son más adecuados para el calentamiento de superficies.

Se obtuvieron compuestos homogéneos mezclando el polímero termoplástico con partículas de hierro. Dado el tamaño de las partículas y la viscosidad del material, el compuesto retuvo su uniformidad después de múltiples manipulaciones (es decir, las partículas arrastraron el plástico con ellas) en la misma pieza. No se observó oxidación de las partículas de hierro ni cambio de color en los materiales a lo largo de los experimentos, incluso en las muestras sumergidas en agua.

Los campos magnéticos se controlaron en forma de circuito cerrado moviendo y girando los imanes de acuerdo con la observación visual de las reacciones del material. Sin embargo, el calentamiento se aplicó en bucle abierto, se podría obtener un mayor control en los patrones térmicos si se aplicaran en bucle cerrado con una cámara térmica.

El termoplástico empleado (PCL) es biocompatible, las partículas de hierro (o su óxido) son de uso común en aplicaciones médicas. Además, la radiación de microondas puede calentar partículas de hierro sin calentar significativamente el tejido biológico circundante27. Esto hace que el compuesto sea viable para operaciones dentro del cuerpo humano manipulándolo desde el exterior, por ejemplo a lo largo del tubo digestivo o del tracto respiratorio superior.

En este artículo, nos enfocamos en las manipulaciones mecánicas que solo son posibles debido a la actuación termomagnética, se pueden agregar diferentes funcionalizaciones al material. Por ejemplo, agregar compuestos de plata para hacerlo conductivo y funcional en circuitos reconfigurables, o microcápsulas antibióticas en el centro que se liberan cuando el material se divide.

Se han demostrado manipulaciones remotas de una complejidad sin precedentes que controlan un termoplástico ferromagnético con patrones térmicos y campos magnéticos. Este trabajo abre aplicaciones en pantallas táctiles y manipulación de objetos. Destacamos la capacidad de las microondas y los campos magnéticos para atravesar materiales ópticamente opacos, lo que hace que estas manipulaciones sean adecuadas para operar en tejidos biológicos o recipientes de plástico.

Las muestras se prepararon mediante colada en solución de una mezcla de policaprolactona (PCL, Polydoh Materialix) con partículas de hierro de 100\(\mu\)m con 98% de pureza (Alquera). Se utilizaron disolventes de diclorometano (DCM) y hexano (Sigma Aldrich) para asegurar una buena mezcla.

En este proceso se prepararon cinco muestras (S10, S20, S30, S40 y S50) con diferente contenido de hierro en volumen dentro de un cubículo con campana extractora y en condiciones normales a temperatura ambiente. Se colocó un vaso de precipitados de 1L de capacidad sobre una placa calefactora IKA C-MAGHS7 con un controlador de temperatura IKA ETS-D5 y un agitador digital LaboLan OS40-S, equipado con una paleta mezcladora. Primero, la temperatura del solvente DCM se establece en 30 \(^{\circ }\)C dentro del vaso de precipitados. La cantidad de disolvente fue diez veces en volumen la masa de polímero a disolver, por ejemplo, 200 ml de disolvente para 22 g de PCL. Luego, se añadió el polímero. La reacción se llevó a cabo a \(30{\pm }2\,^{\circ }\)C y se agitó durante 2 h a una velocidad de 300 rpm. Una vez disuelto totalmente el polímero, se incorporó el polvo de hierro a la solución y se mezcló durante 1 h, aumentando la velocidad de agitación mecánica hasta 500 rpm. Después de que las partículas de hierro se dispersaron por completo, se agregaron 100 ml de hexano para promover la precipitación del compuesto y se aumentó la temperatura de la solución a \(50{\pm }2\, ^{\circ }\)C para evaporar ambos solventes. .

Una vez que la mezcla esté homogénea y hayan desaparecido los disolventes, se puede retirar la mezcla y ponerla en un molde. Para minimizar las diferencias dentro de los experimentos, se estableció un volumen de alrededor de 21,34 cm\(^{3}\) para cada muestra considerando la capacidad del molde y la densidad de los materiales: PCL (\(\rho =\) 1145 g/cm\(^ 3\)) y hierro (\(\rho =\) 7874 g/cm\(^3\)). Estos moldes de silicona se utilizaron para crear muestras de forma cilíndrica en 3D. Las láminas 2D se fabricaron de la misma manera, pero en lugar de colocarlas en un molde, se aplanaron con un rodillo de acero inoxidable sobre una estera de silicona. Para los filamentos 1D, el compuesto se trituró en gránulos y se introdujo en una extrusora (FelFil Evo equipada con una boquilla de sección transversal circular de 1,75 mm) a 60 \(^{\circ }\)C y 6 mm/s de velocidad. Las muestras se pueden ver en la Fig. 1 complementaria y el peso resultante de las proporciones de volumen en la Tabla 1.

Durante los experimentos se utilizaron diferentes fuentes térmicas: lámpara halógena focalizada, pistola de aire caliente, lámpara IR, proyector de máscaras de acetato, láser y microondas. Se muestran en la Fig. 6.

(a) Calentamiento con una lámpara GE 4405 PAR36 de 12,8 V y 30 W enfocando la luz con una lente asférica planoconvexa LAF6075. (b) Calentamiento con una estación de soldadura por aire caliente MMOBIEL Yihua 858D. (c) Calefacción con lámpara infrarroja Beurer IL21. (d) Calentamiento con un retroproyector 3M 9000 AHKS: utilizando una máscara y una lente acrílica asférica planoconvexa de enfoque de 90 mm \(\varnothing\) y F \(=\) 20 mm. (e) Calentamiento con un microondas Taurus W750MG. (f) Calentamiento con un láser azul Vevor 3B de 450 nm y 2500 mW. ( g ) Evolución de la temperatura utilizando diferentes fuentes de calor durante 60 s.

Se utilizó una cámara térmica RS PRO T-10 (RS Components) para medir la temperatura de las muestras en diferentes puntos. En el experimento de conductividad térmica a granel, las muestras se calentaron en un lecho caliente desde una (impresora 3D Ender 3 PRO) que se configuró en circuito cerrado a 50 \({^\circ }\)C. En el experimento térmico de dispersión puntual, se utilizó la lámpara halógena enfocada (GE 4405 PAR36 30 W) para calentar el punto medio de la superficie de cada muestra. La luz focal se fijó a una distancia de 5 cm de la punta de una lente acrílica asférica (Knight Optical LAF6075). La lámpara estaba funcionando a su potencia nominal.

Se utilizaron diferentes imanes para generar los campos magnéticos que manipularon las muestras que se pueden ver en la Fig. 3 complementaria. Su campo se midió con un teslameter (WT10A). Los imanes se movían manualmente, con trípodes o con platinas lineales.

Para la medición de la fuerza magnética, cada muestra se unió a un imán (Wukong 304 M8 neodymium N52) y se aplicó una fuerza descendente creciente hasta que la muestra se separó de él. El imán se colgó de un dinamómetro digital (GPISEN 50 kg, 5 g de error) como se muestra en la Fig. 6g. La fuerza se registró como la fuerza máxima necesaria para separar el imán.

Los datos generados o analizados para esta investigación se incluyen en el artículo publicado y sus archivos de información complementaria.

Toffoli, T. & Margolus, N. Materia programable: conceptos y realización. Physica D Fenómeno no lineal. 47, 263–272 (1991).

Artículo MathSciNet Google Académico

McEvoy, MA & Correll, N. Materiales que combinan detección, actuación, computación y comunicación. Ciencia 347, 1261689 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Yim, M. et al. Sistemas robóticos modulares autorreconfigurables [grandes retos de la robótica]. Robot IEEE. automático revista 14, 43–52 (2007).

Artículo Google Académico

McCarthy, W. Materia programable. Naturaleza 407, 569–569 (2000).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Mahimwalla, Z. et al. Fotomecánica del azobenceno: perspectivas y aplicaciones potenciales. Toro de polímero. 69, 967–1006 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Wani, OM, Zeng, H. y Priimagi, A. Una trampa para moscas artificial impulsada por la luz. Nat. común 8, 1–7 (2017).

Artículo Google Académico

Palagi, S. et al. La luz estructurada permite la natación biomimética y la locomoción versátil de microrobots blandos fotosensibles. Nat. Mate. 15, 647–653 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Paven, M. et al. Entrega y liberación de materiales impulsada por la luz utilizando canicas líquidas. Adv. Función Mate. 26, 3199–3206 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Okamura, H., Yamaguchi, K. y Ono, R. Actuador impulsado por luz con aleación con memoria de forma para la manipulación de objetos macroscópicos. En t. J. Optomecánica. 3, 277–288 (2009).

Artículo Google Académico

Kim, Y., Parada, GA, Liu, S. & Zhao, X. Robots continuos blandos ferromagnéticos. ciencia Robot. 4, eaax7329 (2019).

Artículo PubMed Google Académico

Hu, W., Lum, GZ, Mastrangeli, M. & Sitti, M. Robot de cuerpo blando a pequeña escala con locomoción multimodal. Naturaleza 554, 81–85 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Xu, T., Zhang, J., Salehizadeh, M., Onaizah, O. y Diller, E. Robots flexibles de escala milimétrica con magnetización y movimientos tridimensionales programables. ciencia Robot. 4, aav4494 (2019).

Artículo Google Académico

Gu, H. et al. Alfombras magnéticas de cilios con ondas metacrónicas programables. Nat. común 11, 1–10 (2020).

Artículo Google Académico

Sol, M. et al. Robot de limo magnético reconfigurable: Deformación, adaptabilidad y multifunción. Adv. Función Mate. 32, 2112508 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Kobayashi, M. & Abe, J. Control de movimiento óptico de grafito de levitación magnética. Mermelada. química Soc. 134, 20593–20596 (2012).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Li, M. et al. Compuestos magnéticos flexibles para actuación e interfaces controladas por luz. proc. nacional Academia ciencia 115, 8119–8124 (2018).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, F. et al. Gotas de metal líquido funcionales controlables magnética y eléctricamente. Adv. Mate. Tecnología 4, 1800694 (2019).

Artículo Google Académico

Zhou, X. et al. Alambres de rigidez variable a base de metales líquidos magnetorreológicos. En t. J. Smart Nano Mater. 13, 1–12 (2022).

Artículo Google Académico

Bae, DH et al. Comportamiento térmico de una película adhesiva de poliuretano termoplástico con partículas ferromagnéticas de Fe mediante calentamiento por inducción. J. Ind. Ing. química 30, 92–97. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.05.007 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Göktük, HS, Fiske, TJ & Kalyon, DM Propiedades eléctricas y magnéticas de un elastómero termoplástico incorporado con polvos ferromagnéticos. Trans. IEEE. Imán. 29, 4170–4176. https://doi.org/10.1109/20.280866 (1993).

Artículo Google Académico

Mahieu, A., Terrié, C. & Youssef, B. Películas termoplásticas de almidón y mezclas termoplásticas de almidón/policaprolactona con propiedades de eliminación de oxígeno: influencia del contenido de agua. Ind. Cultivos Prod. 72, 192–199. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.11.037 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Liu, JA-C., Gillen, JH, Mishra, SR, Evans, BA y Tracy, JB Reconfiguración controlada fototérmica y magnéticamente de compuestos poliméricos para robótica blanda. ciencia Adv. 5, eaaw2897 (2019).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, D. et al. Sinergia multicampo manipulando transformadores de hidrogel polimérico blando. Adv. Intel. sist. 3, 2000208 (2021).

Artículo Google Académico

Chow, TL Introducción a la teoría electromagnética: una perspectiva moderna (Jones & Bartlett Learning, 2006).

Google Académico

Stolarski, M. Centrifugación superpuesta de campo magnético: un nuevo método de separación híbrida para la bioseparación selectiva. Doctor Tesis, Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), disertación, 2011 (2011).

Pingkarawat, K. et al. Curado de compuestos de fibra de carbono-epoxi mediante aditivos termoplásticos. Química de polímeros. 4, 5007–5015 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Pearce, JA, Cook, JR & Emelianov, SY Las nanopartículas ferrimagnéticas mejoran el calentamiento por microondas para la terapia de hipertermia tumoral. en 2010 Conferencia Internacional Anual del IEEE Ingeniería en Medicina y Biología. 2751–2754 (IEEE, 2010).

Descargar referencias

Esta investigación está financiada por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la UE bajo el acuerdo de subvención No. 101017746 TOUCHLESS.

UPNA ISC, UpnaLab, 31006, Pamplona, ​​España

Josu Irisarri, Iñigo Ezcurdia y Asier Marzo

Departamento de Física, UPNA, 31006, Pamplona, ​​España

Xavier Sandúa

Departamento de Ciencias, APLICACIONES 2, 31006, Pamplona, ​​España

Itziar Galarreta-Rodriguez & Jose Ignacio Pérez-Landazabal

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

JI, IE, XS e IG realizaron experimentos. JI y AM escribieron el artículo. JI e IE grabaron y editaron videos complementarios. JI e IE crearon las figuras. JI e IG elaboraron las muestras. AM ideado la investigación e hizo las simulaciones. Todos los autores contribuyeron editando el manuscrito.

Correspondence to Asier Marzo.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Vídeo complementario 1.

Vídeo complementario 2.

Vídeo complementario 3.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Irisarri, J., Ezcurdia, I., Sandua, X. et al. Manipulaciones selectivas complejas de materia termomagnética programable. Informe científico 12, 20767 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24543-5

Descargar cita

Recibido: 10 Septiembre 2022

Aceptado: 16 noviembre 2022

Publicado: 13 diciembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24543-5

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.