Un innovativo dispositivo che sfrutta campi magnetici e un design kirigami consente di manipolare con delicatezza gli oggetti senza doverli afferrare direttamente. I ricercatori hanno sviluppato un dispositivo all’avanguardia che unisce l’uso di campi magnetici con un design ispirato al kirigami per controllare una superficie flessibile e ondulata da remoto. Questa superficie è in grado di spostare gli oggetti senza la necessità di afferrarli fisicamente, rendendola particolarmente adatta per sollevare e trasportare oggetti fragili, gel o liquidi. Le potenzialità di questa tecnologia si prospettano particolarmente interessanti in ambienti ristretti o confinati, dove strumenti convenzionali come bracci robotici potrebbero incontrare limitazioni.
“Ci siamo posti di fronte a due sfide principali”, spiega Jie Yin, co-autore di uno studio sull’argomento e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University. “La prima sfida era trovare un modo per spostare oggetti che non possono essere afferrati con pinze, come oggetti fragili o oggetti situati in spazi ristretti. La seconda sfida consisteva nel capire come utilizzare un campo magnetico per sollevare e spostare oggetti non magnetici.”
Meccanica del Metasheet Magnetico
Per affrontare queste sfide, i ricercatori hanno creato un “metasheet” costituito da un polimero elastico incorporato con microparticelle magnetiche. Successivamente, è stata realizzata una trama nel foglio, con i bordi esterni del metasheet collegati a una struttura rigida. Muovendo un campo magnetico sotto il metasheet, è possibile far sollevare o abbassare sezioni del foglio.
Manipolazione degli Oggetti con Onde Magnetiche
“È possibile far muovere la superficie del metasheet come un’onda controllando la direzione del campo magnetico”, spiega Yin. “Regolando la forza del campo magnetico, si può determinare l’altezza dell’onda. Questo controllo del movimento della superficie del metasheet consente di spostare diversi tipi di oggetti posti sulla superficie, che siano gocce di liquido o piatti di vetro”, aggiunge Joe Tracy, co-autore dello studio e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State.
Future Applicazioni e Possibili Miglioramenti
Il design dei tagli presenti sul metasheet rappresenta un esempio di kirigami, ovvero il taglio della carta, come spiega Yinding Chi, primo autore dello studio e ex dottorando presso la NC State. “Questo aspetto è fondamentale per i metasheet, poiché il kirigami aumenta la flessibilità senza compromettere la rigidità intrinseca del materiale stesso. Questo ci consente di amplificare la deformazione del materiale senza comprometterne la resistenza meccanica”, afferma Chi, attualmente ricercatore post-dottorato presso l’Università della Pennsylvania.
Inoltre, il metasheet risponde in modo rapido al campo magnetico, con un tempo di risposta fino a due millisecondi. “C’è stato finora poco lavoro sull’utilizzo combinato dell’attuazione magnetica e del kirigami, ma ciò che abbiamo ottenuto suggerisce un enorme potenziale per integrare questi approcci in settori che vanno dalla robotica morbida alle applicazioni manifatturiere”, sottolinea Tracy.
“Siamo interessati a ridimensionare questo approccio per consentire ai metasheet di manipolare oggetti più piccoli e quantità ridotte di liquido”, aggiunge Chi. “Stiamo anche esplorando le possibilità di utilizzare questa tecnologia per creare dispositivi aptici con applicazioni che spaziano dai videogiochi ai dispositivi di accessibilità”, conclude Yin.
