Os cientistas da ETH desenvolveram blocos de construção magnéticos em forma de cubo que podem ser montados em formas bidimensionais e controlados por um campo magnético externo. Eles podem ser usados ​​para aplicações de robótica leve.

Se você já tentou colocar vários realmente fortes, pequenos cubos magnéticos próximos uns dos outros em uma placa magnética, você saberá que simplesmente não pode fazer isso. O que acontece é que os ímãs sempre se organizam em uma coluna que se projeta verticalmente do quadro magnético. Além disso, é quase impossível juntar várias fileiras desses ímãs para formar uma superfície plana. Isso ocorre porque os ímãs são dipolares. Pólos iguais se repelem, com o pólo norte de um ímã sempre se fixando ao pólo sul de outro e vice-versa. Isso explica porque eles formam uma coluna com todos os ímãs alinhados da mesma maneira.

Agora, cientistas da ETH Zurich conseguiram criar blocos de construção magnéticos na forma de cubos que - pela primeira vez - podem ser unidos para formar formas bidimensionais. Os novos blocos de construção, que os cientistas chamam de módulos, não são dipolares, mas quadrupolares, o que significa que cada um deles tem dois pólos norte e dois pólos sul. Dentro de cada um dos módulos, que são impressos em 3-D em plástico, existem dois pequenos ímãs dipolares convencionais com seus pólos iguais voltados um para o outro (veja a imagem). Os blocos de construção podem ser montados como pequenos tabuleiros de xadrez para formar quaisquer formas bidimensionais. Funciona assim:Como os pólos sul e norte se atraem, um bloco de construção quadrupolo com seus dois pólos sul voltados para a esquerda e para a direita atrairá, em cada um de seus quatro lados, um bloco de construção que é girado 90 graus de modo que seus pólos norte fiquem voltados para a esquerda e para a direita.

Com base neste princípio, os cientistas fizeram módulos coloridos com um comprimento de borda de pouco mais de dois milímetros. Eles os montaram em emojis de pixel art para demonstrar o que os módulos podem fazer. Contudo, os casos de uso possíveis vão muito além desses truques. "Estamos particularmente interessados ​​em aplicações no campo da robótica leve, "diz Hongri Gu, estudante de doutorado do grupo do professor Bradley Nelson na ETH e principal autor do artigo que os cientistas publicaram recentemente em Ciência Robótica .

Quadrupolo e dipolo no mesmo bloco de construção

O quadrupolo domina as propriedades magnéticas dos módulos. É um pouco mais complicado do que isso, no entanto, porque além do quadrupolo forte, os cientistas também construíram um dipolo fraco nos blocos de construção. Eles conseguiram isso organizando os pequenos ímãs no módulo em um leve ângulo entre si, em vez de paralelos (veja a imagem).

"Isso faz com que os módulos se alinhem com um campo magnético externo, como uma agulha de bússola faz, "Gu explica." Com um campo magnético variável, podemos então mover as formas que construímos a partir dos módulos. Adicione alguns conectores flexíveis e até é possível construir robôs que podem ser controlados por um campo magnético. "

Gu diz que o trabalho deles foi inicialmente desenvolver o novo princípio. É independente do tamanho, ele diz, o que significa que não há razão para que módulos quadrupolo muito menores não possam ser desenvolvidos. Os cientistas também estão estudando como os módulos poderiam ser usados ​​para combinar uma estrutura linear em um objeto multidimensional com a ajuda de um campo magnético. Isso é algo que pode ser útil na medicina no futuro:é concebível que objetos como os stents possam ser formados a partir de um fio constituído por esses módulos. O fio pode ser inserido no corpo de uma forma relativamente simples, procedimento minimamente invasivo através de uma pequena abertura e, em seguida, um campo magnético aplicado para montá-lo na estrutura multidimensional final dentro do corpo.