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Jul 16, 2023

Queste forme

This Lego-like figurine escaped from prison Terminator 2–style thanks to a new

Questa statuetta in stile Lego è fuggita dalla prigione in stile Terminator 2 grazie a un nuovo composto di gallio e particelle magnetiche, che si liquefa in presenza di un campo magnetico mutevole e si muove sotto la guida di un magnete permanente.

Q. Wang et al/Matter 2023 (CC BY-SA)

Di McKenzie Prillaman

25 gennaio 2023 alle 11:55

I robot in metallo liquido che cambiano forma potrebbero non essere più limitati alla fantascienza.

Le macchine in miniatura possono passare dallo stato solido a quello liquido e viceversa per infilarsi in spazi ristretti ed eseguire attività come la saldatura di un circuito stampato, riferiscono i ricercatori su Matter il 25 gennaio.

Questa proprietà di sfasamento, che può essere controllata a distanza con un campo magnetico, è dovuta al metallo gallio. I ricercatori hanno incorporato nel metallo particelle magnetiche per dirigere i movimenti del metallo con i magneti. Questo nuovo materiale potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare robot morbidi e flessibili che possano muoversi attraverso passaggi stretti ed essere guidati verso l’esterno.

Da anni gli scienziati sviluppano robot morbidi controllati magneticamente. La maggior parte dei materiali esistenti per questi robot sono costituiti da materiali elastici ma solidi, che non possono passare attraverso gli spazi più stretti, o da liquidi magnetici, che sono fluidi ma incapaci di trasportare oggetti pesanti (SN: 18/07/19).

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno mescolato entrambi gli approcci dopo aver trovato ispirazione nella natura (SN: 3/3/21). I cetrioli di mare, ad esempio, "possono cambiare molto rapidamente e in modo reversibile la loro rigidità", afferma l'ingegnere meccanico Carmel Majidi della Carnegie Mellon University di Pittsburgh. "La sfida per noi ingegneri è imitare questo nei sistemi di materiali morbidi."

Quindi il team si è rivolto al gallio, un metallo che fonde a circa 30° Celsius, leggermente al di sopra della temperatura ambiente. Invece di collegare un riscaldatore a un pezzo di metallo per cambiarne lo stato, i ricercatori lo espongono a un campo magnetico in rapido cambiamento per liquefarlo. Il campo magnetico alternato genera elettricità all'interno del gallio, provocandone il riscaldamento e la fusione. Il materiale solidifica nuovamente se lasciato raffreddare a temperatura ambiente.

Poiché le particelle magnetiche sono sparse in tutto il gallio, un magnete permanente può trascinarlo in giro. In forma solida, un magnete può spostare il materiale ad una velocità di circa 1,5 metri al secondo. Il gallio potenziato può anche trasportare circa 10.000 volte il suo peso.

I magneti esterni possono ancora manipolare la forma liquida, facendola allungare, dividere e fondere. Ma controllare il movimento del fluido è più impegnativo, perché le particelle nel gallio possono ruotare liberamente e hanno poli magnetici non allineati a causa della fusione. A causa dei loro diversi orientamenti, le particelle si muovono in direzioni diverse in risposta a un magnete.

Majidi e colleghi hanno testato la loro strategia su minuscole macchine che svolgevano compiti diversi. In una dimostrazione tratta dal film Terminator 2, un personaggio giocattolo è fuggito da una cella di prigione sciogliendosi attraverso le sbarre e solidificandosi nella sua forma originale utilizzando uno stampo posizionato appena fuori dalle sbarre.

Dal punto di vista più pratico, una macchina ha rimosso una pallina da un modello di stomaco umano sciogliendola leggermente per avvolgersi attorno all'oggetto estraneo prima di uscire dall'organo. Ma il gallio da solo si trasformerebbe in una sostanza appiccicosa all’interno di un vero corpo umano, poiché il metallo è un liquido alla temperatura corporea, circa 37° C. Alcuni altri metalli, come il bismuto e lo stagno, verrebbero aggiunti al gallio nelle applicazioni biomediche. per aumentare il punto di fusione del materiale, dicono gli autori. In un'altra dimostrazione, il materiale si è liquefatto e indurito nuovamente per saldare un circuito.

Anche se questo materiale in fase di cambiamento di fase rappresenta un grande passo avanti nel campo, rimangono interrogativi sulle sue applicazioni biomediche, afferma l'ingegnere biomedico Amir Jafari dell'Università del Nord Texas a Denton, che non è stato coinvolto nel lavoro. Una grande sfida, dice, è controllare con precisione le forze magnetiche all’interno del corpo umano generate da un dispositivo esterno.

"È uno strumento avvincente", afferma l'ingegnere di robotica Nicholas Bira dell'Università di Harvard, anch'egli non coinvolto nello studio. Ma, aggiunge, gli scienziati che studiano la robotica morbida creano costantemente nuovi materiali.