机器人的磁性构建块–可以组装成形状并受磁场控制

时间:2019-11-13 13:23 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

机器人的磁性构建块–可以组装成形状并受磁场控制

 

  四极模块可以组装成二维形状,包括此类像素艺术表情符号。

  ETH科学家开发了立方体形状的磁性积木,可以将其组装成二维形状并由外部磁场控制。它们可用于软机器人应用。

  如果您曾经尝试过将几个非常坚固的小立方体磁铁彼此紧挨放在磁性板上,那么您会知道自己做不到。发生的情况是,磁铁始终排列在从磁性板垂直伸出的圆柱中。而且,几乎不可能将几行这些磁体连接在一起以形成平坦的表面。那是因为磁铁是偶极的。相等的磁极彼此排斥,一个磁体的北极始终将自身附着到另一个磁体的南极,反之亦然。这就解释了为什么它们形成一个列,使所有磁体对齐的方式相同。

  

机器人的磁性构建块–可以组装成形状并受磁场控制

 

  偶极磁体和四极模块以图表形式显示。

  现在,苏黎世联邦理工学院的科学家已经设法创建了立方体形状的磁性构建块,这是有史以来第一次-可以连接在一起以形成二维形状。科学家将其称为模块的新构件不是偶极而是四极,这意味着它们每个都有两个北极和两个南极。在每个模块中,每个模块都用塑料3D打印,里面有两个小的常规偶极磁体,它们的等极性彼此面对(见图)。可以像小国际象棋棋盘一样组装这些积木,以形成任何二维形状。它的工作原理是这样的:由于南极和北极相互吸引,因此一个四极构造块,其两个南极分别面向左右,将在其四个侧面分别吸引,

  

机器人的磁性构建块–可以组装成形状并受磁场控制

 

  四极模块的边缘长度刚好超过2毫米。图片来源:ETH Zurich / Hongri Gu基于这一原理,科学家们制作了彩色模块,其边缘长度刚好超过2毫米。他们将它们组装成像素艺术表情符号,以演示模块可以做什么。但是,可能的用例远远超出了这种头。“我们对软机器人领域的应用特别感兴趣,”洪瑞·古(Hongri Gu)说,他是ETH的布拉德利·尼尔森教授小组的博士生,也是科学家最近在《科学机器人》上发表的论文的主要作者。

  四极杆和偶极杆在同一构件中

  四极支配模块的磁性。但是,这要复杂得多,因为除了强四极杆外,科学家还将弱偶极杆内置到了构件中。他们通过将模块中的小磁铁彼此以微小角度而不是平行的方式布置来实现此目的(参见图片)。

  Gu解释说:“这导致模块将自身对准外部磁场,就像指南针一样。” “在可变磁场的作用下,我们可以将已构建的形状移出模块。加上一些灵活的连接器,甚至可以构建可以通过磁场控制的机器人。”

  

机器人的磁性构建块–可以组装成形状并受磁场控制

 

  外部磁场(中心和右图)可用于控制模块的方向。此处显示的是电磁模块和柔性连接器的组合。

  顾说,他们的工作最初是关于开发新原则的。他说,这是与尺寸无关的,这意味着没有理由无法开发出更小的四极模块。科学家们还在研究如何借助磁场将模块用于将线性结构组合成多维对象。这是将来可能在医学中使用的东西:可以想象,诸如支架之类的物体可以由包含此类模块的螺纹形成。可以通过一个相对较小的侵入性步骤,通过一个微小的开口将线插入体内,然后施加磁场以将其组装到体内的最终多维结构中。

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