Des chercheurs de la North Carolina State University ont mis au point une technique permettant d'utiliser des chaînes de nanoparticules magnétiques pour manipuler des polymères élastiques en trois dimensions, qui pourrait être utilisé pour contrôler à distance de nouveaux "robots mous".

La capacité de contrôler le mouvement des robots mous, couplée à leur flexibilité, leur donne des applications potentielles allant des technologies biomédicales aux procédés de fabrication. Les chercheurs s'intéressent à l'utilisation de champs magnétiques pour contrôler le mouvement de ces robots mous car cela peut être effectué à distance - le contrôle peut être exercé sans se connecter physiquement au polymère - et parce que les champs magnétiques sont facilement obtenus à partir d'aimants permanents et d'électro-aimants.

Une équipe de chercheurs a maintenant trouvé un moyen d'intégrer de longues chaînes de particules de magnétite à l'échelle nanométrique dans des feuilles de polymère élastique pour former un nanocomposite polymère magnétique. En appliquant un champ magnétique, les chercheurs peuvent contrôler la façon dont le nanocomposite se plie, ce qui en fait un robot souple.

Le processus commence par la dispersion de nanoparticules de magnétite - un oxyde de fer - dans un solvant. Un polymère est ensuite dissous dans le mélange, qui est versé dans un moule pour former la forme désirée. Un champ magnétique est alors appliqué, provoquant l'agencement des nanoparticules de magnétite en chaînes parallèles. La solution est séchée, verrouiller les chaînes en place, et le nanocomposite fini peut être coupé, pour affiner davantage sa forme.

« En utilisant cette technique, nous pouvons créer de grands nanocomposites, sous de nombreuses formes différentes, qui peut être manipulé à distance, " dit Sumeet Mishra, un doctorat étudiant à NC State et auteur principal d'un article sur le travail. "Les chaînes de nanoparticules nous donnent une réponse améliorée, et en contrôlant la force et la direction du champ magnétique, vous pouvez contrôler l'étendue et la direction des mouvements des robots mous."

Le mécanisme découle de la structure des chaînes. Les chercheurs ont également construit un modèle simple pour expliquer comment les nanoparticules enchaînées affectent la réponse mécanique dans les champs magnétiques.

"La clé ici est que les nanoparticules dans les chaînes et leurs dipôles magnétiques sont disposés tête-bêche, avec l'extrémité positive d'une nanoparticule magnétique alignée avec l'extrémité négative de la suivante, tout le long de la ligne, " dit Joe Tracy, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à NC State et auteur correspondant de l'article. "Le problème est ce qu'on appelle l'anisotropie magnétique, qui est causée par l'assemblage des nanoparticules en chaînes. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué dans n'importe quelle direction, la chaîne se réoriente pour devenir le plus parallèle possible au champ magnétique, limité uniquement par les contraintes de la gravité et de l'élasticité du polymère."

Les chercheurs pensent que cette technique peut être particulièrement intéressante pour certaines applications biomédicales, par rapport à la robotique douce qui repose sur l'électricité ou la lumière pour le contrôle. « La commande électrique peut poser des problèmes de sécurité pour certaines applications médicales, " dit Mishra. " Et les signaux électriques et lumineux posent des défis en termes de communication de ces signaux aux appareils intégrés dans le corps. Champs magnétiques, d'autre part, passent facilement - et posent moins de problèmes de sécurité."

Cette technique utilise des matériaux peu coûteux et largement disponibles, et le processus est relativement simple et facile à exécuter, disent les chercheurs.

Le papier, "Activation sélective et directionnelle de films élastomères à l'aide de nanoparticules magnétiques enchaînées, " est publié en ligne dans le journal de la Royal Society of Chemistry Nanoéchelle .