Les chercheurs ont maintenant démontré une technique permettant de créer des cils magnétiques qui peuvent être « reprogrammés », en modifiant leurs propriétés magnétiques à température ambiante pour modifier le mouvement des cils selon les besoins.

La plupart des cils magnétiques utilisent des aimants « doux », qui ne génèrent pas de champ magnétique mais deviennent magnétiques en présence d'un champ magnétique. Seuls quelques cils magnétiques antérieurs utilisaient des aimants « durs », capables de produire leur propre champ magnétique.

L’un des avantages de l’utilisation d’aimants durs est qu’ils peuvent être programmés, ce qui signifie que vous pouvez donner au champ magnétique généré par le matériau une polarisation spécifique. Contrôler la polarisation magnétique (ou magnétisation) vous permet essentiellement de dicter précisément la façon dont les cils fléchiront lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué.

"Ce qui est nouveau dans ce travail, c'est que nous avons démontré une technique qui nous permet non seulement de programmer les cils magnétiques, mais aussi de les reprogrammer de manière contrôlable", explique Joe Tracy, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur de science et d'ingénierie des matériaux. à l'Université d'État de Caroline du Nord.

"Nous pouvons changer la direction de magnétisation du matériau à température ambiante, ce qui nous permet de changer complètement la façon dont les cils fléchissent. C'est comme demander à un nageur de changer sa nage."

Pour ce travail, les chercheurs ont créé des cils magnétiques constitués d’un polymère incrusté de microparticules magnétiques. Plus précisément, les microparticules sont des aimants en néodyme, de puissants aimants composés de néodyme, de fer et de bore. L'article intitulé "Magnetic Reprogramming of Self-Assembled Hard-Magnetic Cilia" est publié dans la revue Advanced Materials Technologies. .

Pour fabriquer les cils, les chercheurs introduisent les microparticules magnétiques dans un polymère dissous dans un liquide. Cette bouillie est ensuite exposée à un champ électromagnétique suffisamment puissant pour donner à toutes les microparticules la même aimantation.

En appliquant ensuite un champ magnétique moins puissant à mesure que le polymère liquide sèche, les chercheurs sont capables de contrôler le comportement des microparticules, entraînant la formation de cils régulièrement espacés sur le substrat.

"Ce tapis de cils régulièrement commandé est initialement programmé pour se comporter de manière uniforme lorsqu'il est exposé à un champ magnétique externe", explique Tracy. "Mais ce qui est vraiment intéressant ici, c'est que nous pouvons reprogrammer ce comportement, afin que les cils puissent être réutilisés pour avoir un actionnement complètement différent."

Pour ce faire, les chercheurs intègrent d’abord les cils dans la glace, ce qui fixe tous les cils dans la direction souhaitée. Les chercheurs exposent ensuite les cils à un champ magnétique alternatif et amorti qui a pour effet de perturber l'aimantation des microparticules. En d'autres termes, ils effacent considérablement l'aimantation préprogrammée qui était partagée par toutes les microparticules lors de la fabrication des cils.

"L'étape de reprogrammation est assez simple", explique Tracy. "Nous appliquons un champ oscillant pour réinitialiser la magnétisation, puis appliquons un champ magnétique puissant aux cils, ce qui nous permet de magnétiser les microparticules dans une nouvelle direction."

"En effaçant principalement l'aimantation initiale, nous sommes mieux en mesure de reprogrammer l'aimantation des microparticules", explique Matt Clary, premier auteur de l'article et titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State. "Nous montrons dans ce travail que si vous omettez cette étape d'effacement, vous avez moins de contrôle sur l'orientation de l'aimantation des microparticules lors de la reprogrammation."

"Nous avons également découvert que lorsque la magnétisation des microparticules est perpendiculaire à l'axe long des cils, nous pouvons provoquer le "claquage" des cils dans un champ tournant, ce qui signifie qu'ils changent brusquement d'orientation", explique Tracy.

De plus, l'équipe de recherche a développé un modèle informatique qui permet aux utilisateurs de prédire le comportement de flexion des cils magnétiques sur la base d'aimants durs, en fonction de l'orientation de la polarisation des cils.

"Ce modèle pourrait être utilisé à l'avenir pour guider la conception de cils magnétiques durs et d'actionneurs souples associés", déclare Ben Evans, co-auteur de l'article et professeur de physique à l'Université d'Elon.

"En fin de compte, nous pensons que ce travail est précieux pour le domaine car il permet de réutiliser les cils magnétiques pour de nouvelles fonctions ou applications, en particulier dans des environnements éloignés", explique Tracy. "Les méthodes développées dans ce travail peuvent également être appliquées au domaine plus large des actionneurs magnétiques doux."

L'article a été co-écrit par Saarah Cantu, une ancienne étudiante diplômée de NC State; et Jessica Liu, ancienne doctorante. étudiant à NC State.