Специалисты лаборатории физико-химической гидродинамики Научно-исследовательского института механики МГУ провели успешное комплексное исследование. Они экспериментально и теоретически изучили перемещение сферических объектов из анизотропного намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле. Работа получила поддержку Российского научного фонда и легла в основу цикла публикаций, посвященного движению частиц из анизотропных магнитных материалов под воздействием полей разной конфигурации.
Природа АНЭ и ключевое открытие
Анизотропные намагничивающиеся эластомеры (АНЭ) – это инновационные магнитореагирующие материалы. Они включают полимерную основу с внедренными в нее ориентированными цепочками ферромагнитных частиц. Используя в качестве источников поля токовые витки и электромагнитные катушки, ученые обнаружили важное отличие АНЭ от изотропных аналогов. Для последних характерно беспорядочное размещение частиц, что исключает образование цепочек. Команда теоретически предсказала и экспериментально доказала уникальную особенность: на тела из АНЭ воздействует магнитная сила с компонентой, перпендикулярной градиенту поля. Это приводит к поразительному эффекту: сферический АНЭ-объект под катушкой смещается вбок, а изотропный – только по вертикальной оси.
Дополнительные эксперименты и уникальное поведение
Другая фаза исследования охватила движение тел из АНЭ по наклонной плоскости и динамику маятника с анизотропным магниточувствительным грузом. Построенные траектории как расчетные, так и экспериментальные, наглядно подтвердили ожидаемое боковое смещение сферических объектов и маятника относительно оси катушки.
Перспективы «умных» материалов
«АНЭ открывают захватывающие перспективы как новейшие “умные” материалы, — подчеркнул Дмитрий Меркулов, старший научный сотрудник лаборатории физико-химической гидродинамики НИИ механики МГУ. — Они идеально подходят для создания магнитных микророботов. Их преимущества: микроскопические габариты, отсутствие встроенных источников энергии, двигателей и жестких механических частей плюс возможность дистанционного магнитного управления. Подобные устройства найдут применение в медицине, например, в капсульной эндоскопии или малоинвазивных операциях. Потому глубокое изучение свойств АНЭ и их динамики невероятно актуально».
Значение для будущих разработок
Выявленная сила, перпендикулярная градиенту поля и действующая на АНЭ-тела, станет ключевым фактором при проектировании магнитных управляемых устройств. Результаты исследования войдут в основу создания функциональных прототипов мобильных микророботов, способных к маневренному движению в контролируемом магнитном поле.
Источник: scientificrussia.ru
