磁性纤毛和触手：带有磁性颗粒的微小有机硅条，机器人可以以类似的方式与水母，细菌或精子相似的外部磁场移动。
Max Planck Institute的研究人员开发了功能性弹性体，可以通过磁场激活。
有一天，微生物可以能够通过人体游泳，如精子或副护涉证，在特定位置进行医疗功能。来自斯图加特Max Planck智能系统研究所的研究人员开发了功能性弹性体，可以通过磁场激活，以模仿自然鞭毛，纤毛和水母的游泳仪。使用特殊开发的计算机算法，研究人员现在可以首次自动为每个步态生成最佳磁条件。根据基于斯图加特的科学家们，这种形状编程技术的其他应用包括许多其他微尺度工程应用，其中化学和物理过程在微型规模上实现。
精子配备有鞭毛（尾部的延伸），其可以不断来回击打以推动卵子的精子。来自Max Planck智能系统智能系统智能系统研究所的研究人员现在已经启用了一个极薄的硅橡胶条，长度仅为几毫米，以实现非常相似的游泳模式。为此，将可磁化的钕 - 铁硼颗粒嵌入到弹性硅橡胶中，随后以受控的方式磁化该弹性体。一旦弹性体放置在指定的磁场下，科学家们就能够控制弹性体的形状，使其以波浪状时尚来回击败。
科学家也成功地以非常相似的方式模仿纤毛的复杂划船运动。Cilia在Paramecia的表面上发现了非常细微的毛发 - 它们通过使用高度复杂的划艇行程推动生物体前进。研究人员还构造了一种人为的水母，具有两个柔软的触手，已经被编程为进行划船的游泳运动。
所有这些运动过程背后的关键因素是弹性体的不同区域可以与外部磁场不同地反应：一些区域必须被吸引，其他区域被吸收。否则，弹性体将无法重塑成波浪或开始在其末端卷起。
特殊磁化技巧
为了沿弹性体能够实现不同的磁响应，研究人员利用了两个关键的想法：“首先，我们沿着弹性体改变可磁化颗粒的密度，其次，我们还控制了这些颗粒的磁化取向，”斯图加特的最大普朗克研究所物理智能部门的科学家郭詹卢姆解释说。科学家在制造过程中控制了颗粒的局部浓度，使得在橡胶暴露于强磁场之后，橡胶的不同部分将具有不同的磁强度。
由于扁平弹性体内的所有颗粒在暴露于均匀的磁化场之后，颗粒产生不同的磁化取向是具有挑战性的。因此，科学家利用了另一个技巧：“通过使弹性体变形为磁化过程期间的特定临时形状，我们能够非常精确地控制近磷磁性颗粒的最终磁化取向，”Lum解释。尽管磁性颗粒的所有磁化取向最初假设并联取向，但是当变形橡胶返回到原始扁平形状时，沿弹性体的这些颗粒将具有随后的运动形式的必要磁化取向。
从那时起，研究人员使用了较弱的磁场，即不再改变弹性体的磁化取向和磁力强度。然后在这样的磁场下工作，然后吸引沿弹性体的一些区域，并且其他区域被排斥 - 并且弹性体可以相应地改变成所需的形状。通过改变磁场的强度和取向随着时间的推移，研究人员使软材料能够完成相关的复杂运动周期。
Microobot Locomotion和微尺度工程应用中的应用
“我们工作成功的钥匙之一是，我们成功地计算了所需运动模式的最佳磁化曲线和磁场，”Max Planck智能系统研究所主任Metin Sitti说。为此，他和他的同事来自研究所的物理智能部门使用了一个数学模型来描述形状可编程磁微型磁体的物理学，并且该模型也用于开发相应的计算机算法 - 这是它的第一个。科学家以前依赖直觉，只能估计所需的磁性条件。
根据基于斯图加特的科学家们，将硅胶橡胶等软材料编程为功能装置的能力可能对一系列应用感兴趣。例如，Metin Sitti可以想象，上述游泳运动将在医疗应用中使用一天。可以通过磁场引导迷你紫外线，使得它们可以将药物或医疗装置运送到身体中的所需位置。
这不是研究人员可以在Microorobot Locomotion领域设想的唯一可能的应用。通过仅在一秒的磁场中可以调节和控制材料形状和控制材料的形状可以在需要在小空间中的这种装置的所有应用中使用的所有应用中使用。因此，该技术也可以用于微尺度工程应用，例如，控制实验室技术技术所需的微泵。“我们希望形状可编程的软材料激发研究人员在许多领域工作，以利用这种技术在广泛的应用中，”Metin Sitti说。
出版物：郭湛Lum等，“形状可编程磁性软物质，PNA，2016; DOI：10.1073 / PNAS.1608193113
