Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una técnica para utilizar cadenas de nanopartículas magnéticas para manipular polímeros elásticos en tres dimensiones. que podría utilizarse para controlar de forma remota nuevos "robots blandos".

La capacidad de controlar el movimiento de robots blandos. junto con su flexibilidad, les brinda aplicaciones potenciales que van desde tecnologías biomédicas hasta procesos de fabricación. Los investigadores están interesados ​​en utilizar campos magnéticos para controlar el movimiento de estos robots blandos porque se puede hacer de forma remota (el control se puede ejercer sin conectarse físicamente al polímero) y porque los campos magnéticos se obtienen fácilmente a partir de imanes permanentes y electroimanes.

Un equipo de investigadores ha encontrado una forma de incrustar largas cadenas de partículas de magnetita a nanoescala en láminas de polímero elástico para formar un nanocompuesto de polímero magnético. Aplicando un campo magnético, los investigadores pueden controlar la forma en que se dobla el nanocompuesto, convirtiéndolo en un robot blando.

El proceso comienza dispersando nanopartículas de magnetita, un óxido de hierro, en un solvente. Luego se disuelve un polímero en la mezcla, que se vierte en un molde para darle la forma deseada. Luego se aplica un campo magnético, haciendo que las nanopartículas de magnetita se organicen en cadenas paralelas. La solución se seca bloquear las cadenas en su lugar, Y el nanocompuesto terminado se puede cortar, para refinar aún más su forma.

"Con esta técnica, podemos crear grandes nanocompuestos, en muchas formas diferentes, que se puede manipular de forma remota, "dice Sumeet Mishra, un doctorado estudiante de NC State y autor principal de un artículo sobre el trabajo. "Las cadenas de nanopartículas nos brindan una respuesta mejorada, y controlando la fuerza y ​​la dirección del campo magnético, puede controlar el alcance y la dirección de los movimientos de los robots blandos ".

El mecanismo se deriva de la estructura de las cadenas. Los investigadores también han construido un modelo simple para explicar cómo las nanopartículas encadenadas afectan la respuesta mecánica en los campos magnéticos.

"La clave aquí es que las nanopartículas de las cadenas y sus dipolos magnéticos están dispuestos de la cabeza a la cola, con el extremo positivo de una nanopartícula magnética alineado con el extremo negativo de la siguiente, hasta el final de la línea, "dice Joe Tracy, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y autor correspondiente del artículo. "Lo que está en juego es algo llamado anisotropía magnética, que es causado por el ensamblaje de las nanopartículas en cadenas. Cuando se aplica un campo magnético en cualquier dirección, la cadena se reorienta para volverse lo más paralela posible al campo magnético, limitado sólo por las limitaciones de la gravedad y la elasticidad del polímero ".

Los investigadores creen que esta técnica puede ser especialmente atractiva para algunas aplicaciones biomédicas, en comparación con la robótica blanda que depende de la electricidad o la luz para su control. "El control eléctrico puede plantear problemas de seguridad para algunas aplicaciones médicas, "dice Mishra." Y tanto las señales eléctricas como las luminosas plantean desafíos en términos de comunicar esas señales a los dispositivos integrados en el cuerpo. Campos magnéticos, por otra parte, pasar fácilmente y plantear menos desafíos de seguridad ".

Esta técnica utiliza materiales económicos y ampliamente disponibles, y el proceso es relativamente simple y fácil de ejecutar, dicen los investigadores.

El papel, "Actuación selectiva y direccional de películas de elastómero utilizando nanopartículas magnéticas encadenadas, "se publica en línea en la revista Royal Society of Chemistry Nanoescala .