Los investigadores ahora han demostrado una técnica para crear cilios magnéticos que pueden "reprogramarse", cambiando sus propiedades magnéticas a temperatura ambiente para cambiar el movimiento de los cilios según sea necesario.

La mayoría de los cilios magnéticos utilizan imanes "suaves", que no generan un campo magnético pero se vuelven magnéticos en presencia de un campo magnético. Sólo unos pocos cilios magnéticos anteriores han utilizado imanes "duros", que son capaces de producir su propio campo magnético.

Una de las ventajas de utilizar imanes duros es que se pueden programar, lo que significa que se puede dar al campo magnético generado por el material una polarización específica. Controlar la polarización magnética (o magnetización) le permite esencialmente dictar con precisión cómo se flexionarán los cilios cuando se aplique un campo magnético externo.

"Lo novedoso de este trabajo es que hemos demostrado una técnica que nos permite no sólo programar los cilios magnéticos, sino también reprogramarlos de forma controlable", dice Joe Tracy, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales. en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

"Podemos cambiar la dirección de la magnetización del material a temperatura ambiente, lo que a su vez nos permite cambiar completamente la forma en que se flexionan los cilios. Es como hacer que un nadador cambie su brazada".

Para este trabajo, los investigadores crearon cilios magnéticos que consisten en un polímero incrustado con micropartículas magnéticas. Específicamente, las micropartículas son imanes de neodimio:potentes imanes hechos de neodimio, hierro y boro. El artículo, "Reprogramación magnética de cilios magnéticos duros autoensamblados", se publica en la revista Advanced Materials Technologies. .

Para fabricar los cilios, los investigadores introducen las micropartículas magnéticas en un polímero disuelto en un líquido. Luego, esta suspensión se expone a un campo electromagnético que es lo suficientemente potente como para dar a todas las micropartículas la misma magnetización.

Al aplicar luego un campo magnético menos potente a medida que el polímero líquido se seca, los investigadores pueden controlar el comportamiento de las micropartículas, lo que da como resultado la formación de cilios que están espaciados regularmente a lo largo del sustrato.

"Esta alfombra de cilios ordenada regularmente está inicialmente programada para comportarse de manera uniforme cuando se expone a un campo magnético externo", dice Tracy. "Pero lo realmente interesante aquí es que podemos reprogramar ese comportamiento, de modo que los cilios puedan reutilizarse para que tengan una actuación completamente diferente".

Para ello, los investigadores primero incrustan los cilios en hielo, lo que fija todos los cilios en la dirección deseada. A continuación, los investigadores exponen los cilios a un campo magnético alterno amortiguado que tiene el efecto de alterar la magnetización de las micropartículas. En otras palabras, borran sustancialmente la magnetización preprogramada que compartían todas las micropartículas cuando se fabricaron los cilios.

"El paso de reprogramación es bastante sencillo", dice Tracy. "Aplicamos un campo oscilante para restablecer la magnetización y luego aplicamos un fuerte campo magnético a los cilios que nos permite magnetizar las micropartículas en una nueva dirección".

"Al borrar en gran medida la magnetización inicial, podemos reprogramar mejor la magnetización de las micropartículas", dice Matt Clary, primer autor del artículo y Ph.D. estudiante en NC State. "En este trabajo demostramos que si omites ese paso de borrado, tienes menos control sobre la orientación de la magnetización de las micropartículas al reprogramar".

"También descubrimos que cuando la magnetización de las micropartículas es perpendicular al eje longitudinal de los cilios, podemos hacer que los cilios se "roten" en un campo giratorio, lo que significa que cambian abruptamente su orientación", dice Tracy.

Además, el equipo de investigación desarrolló un modelo computacional que permite a los usuarios predecir el comportamiento de flexión de los cilios magnéticos basados ​​en imanes duros, dependiendo de la orientación de la polarización de los cilios.

"Este modelo podría utilizarse en el futuro para guiar el diseño de cilios magnéticos duros y actuadores blandos relacionados", afirma Ben Evans, coautor del artículo y profesor de física en la Universidad de Elon.

"En última instancia, creemos que este trabajo es valioso para el campo porque permite reutilizar los cilios magnéticos para nuevas funciones o aplicaciones, especialmente en entornos remotos", dice Tracy. "Los métodos desarrollados en este trabajo también se pueden aplicar al campo más amplio de los actuadores magnéticos blandos".

El artículo fue coautor de Saarah Cantu, ex estudiante de posgrado de NC State; y Jessica Liu, ex Ph.D. estudiante en NC State.