Las superficies microtexturizadas magnéticamente sensibles tienen la ventaja de ser controladas de forma remota (es decir, no se requiere contacto) en condiciones ambientales y tiempos de respuesta cortos. Previamente, las actuaciones sincronizadas de flexión o torsión de conjuntos de micropilares se demostraron programando la disposición de las partículas magnéticas y empleando geometría de micropilares anisótropos. En este caso, las partículas magnéticas se incluyen en una matriz polimérica en bajas concentraciones para evitar interferencias magnéticas y así lograr una actuación sincronizada. Investigadores de la Universidad de Inha (Jeong Eun Park y Jeong Jae (JJ) Wie), el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (Augustine Urbas y Zahyun Ku) y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (Sei Jin Park) informaron recientemente una estrategia opuesta para inducir el autoensamblaje magnético. de conjuntos de micropilares. Los micropilares magnéticos altamente concentrados actúan como microimanes y se ensamblan colectivamente con los pilares vecinos bajo un campo magnético aplicado. Para un accionamiento fácil, se utiliza caucho flexible para la base del pilar, mientras que las partes superiores de los pilares, relativamente rígidas y magnéticamente sensibles, se someten al ensamblaje magnético. Como la base del pilar es magnéticamente inerte y está fijada al sustrato, el autoensamblaje de micropilares dispuestos periódicamente puede repetir el ensamblaje y la recuperación reversibles y reproducibles modulando el campo magnético externo.

Cuando se aplica un campo magnético paralelo al eje largo de conjuntos de micropilares rectangulares, se crean dipolos magnéticos (es decir, polos N y S) en los micropilares. A medida que aumenta la densidad del flujo magnético, dos micropilares dipolares adyacentes se ensamblan en pares a través de la atracción cuadrupolar. Mientras tanto, los pares se ensamblan con uno de los otros pares (es decir, cuerpo cuádruple) donde el eje largo de los micropilares rectangulares se coloca para compensar 45 grados con respecto al eje del campo magnético. También se genera una deformación por torsión magnética de los micropilares, ya que los micropilares similares a microimanes quieren ser paralelos al eje largo de los pilares y al campo magnético aplicado. Posteriormente, bajo una densidad de flujo magnético continuamente aumentada, los cuerpos cuádruples se ensamblan con otros cuerpos cuádruples mientras experimentan un movimiento de torsión adicional. Como resultado, se logra un orden de largo alcance altamente conectivo en la parte superior de los pilares con un grado de torsión de ~40 grados. Además, los investigadores demostraron que los micropilares ensamblados magnéticamente se pueden congelar en su lugar incluso después de eliminar el campo magnético al tratarlos con un aglutinante soluble en agua.

Además, se investigó el efecto de las geometrías de los pilares magnéticos sobre la densidad de flujo magnético mínima requerida para iniciar el ensamblaje comparando los ensamblajes de micropilares cuadrados y circulares que tienen un espacio entre pilares idéntico y anchos fijados en 30 µm. Se registró un umbral de densidad de flujo magnético más bajo para estructuras de secciones transversales circulares que para aquellas con secciones transversales cuadradas debido a su menor momento de inercia de área. Las densidades de flujo magnético umbral también fueron más bajas para las estructuras de mayor relación de aspecto. Los umbrales más bajos se observaron tanto para los ensamblajes de dos estructuras individuales en un par como para el ensamblaje de estructuras emparejadas para lograr una conectividad de largo alcance.

Las siguientes son demostraciones funcionales para enfatizar el amplio impacto y la capacidad de expansión macroscópica en superficies microtexturizadas de forma reconfigurable con autoensamblaje magnético paso a paso. Primero, los investigadores presentan patrones de letras visibles/invisibles cambiadas magnéticamente al ubicar dos áreas contrastantes en la parte de la letra y el fondo. Mientras que los micropilares en la parte de la letra se ensamblan de forma conectiva, los micropilares en la región de fondo no se ensamblan incluso cuando la densidad del flujo magnético aumenta hasta 0,6 T. La letra se observa claramente justo después de que se aplica el campo magnético debido a las diferencias de contraste, que desaparece inmediatamente cuando se elimina el campo magnético y los pilares vuelven a su estado original. En segundo lugar, los investigadores también demostraron la dispersión macroscópica del líquido en dos direcciones (x - y y -ejes) que están desacoplados entre sí. La gota de líquido está inicialmente anclada en conjuntos de micropilares hidrofóbicos, pero bajo un campo magnético, el par (//x ) y conectivo (//y ) el montaje reduce los espacios entre pilares, lo que permite que la gota se desprenda y se propague.

Este mecanismo sin precedentes de autoensamblaje microscópico paso a paso proporcionará información sobre la reconfiguración de forma magnética de actuadores y sistemas robóticos blandos, y la demostración macroscópica del cambio de superficie puede beneficiar potencialmente a una amplia gama de aplicaciones en el futuro. + Explora más

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