磁控剪纸表面移动物体：无需抓握

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研究人员开发了一种新型设备，该设备结合了磁场和剪纸设计原理，可以远程控制柔性凹陷表面的运动，使其无需实际抓握物体即可操纵物体，可用于举起和移动易碎物品、凝胶或液体等物品。该技术有望在狭窄空间中使用，因为机械臂或类似工具无法在这些空间中使用。
该论文“具有高变形性和刚度的磁性剪纸圆顶元片，用于自适应动态变形和多模态操控”于12 月 6 日发表在《科学进展》杂志上。
“我们试图解决两个挑战，”这项研究的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程
副教授尹杰说。 “第一个挑战是如何移动那些无法用夹持器拾取的物体，比如易碎物体或密闭空间内的物体。第二个挑战是如何利用磁场远程举起和移动非磁性物体。”
为了应对这些挑战，研究人员制作了一种“元片”，它由嵌入磁性微粒的弹性聚合物组成。然后在元片上切割出图案。元片的外边缘附着在刚性框架上。
通过移动元片下方的磁场，您可以迫使元片的各部分向上凸起或向下下沉。
“你实际上可以通过控制磁场的方向来使超薄片的表面像波浪一样移动，”尹说。“调整磁场的强度决定了波浪上升或下降的程度。”
“控制元片的表面运动可以移动停留在其表面上的多种物体 - 无论它们是液滴还是平板玻璃，”该论文的共同通讯作者，北卡罗来纳州立大学材料科学与工程教授乔·特雷西 (Joe Tracy) 说。
“元片上的切口设计是剪纸艺术的一个例子，”论文第一作者、北卡罗来纳州立大学前博士生 Yinding Chi 说道。“这对于元片来说尤其重要，因为剪纸艺术增强了灵活性，同时又不牺牲材料本身的基本刚度。
“这使我们能够放大材料的变形，而不会损失其机械强度，”目前是宾夕法尼亚大学博士后研究员的 Chi 说道。“此外，超薄板对磁场反应非常灵敏，响应时间最快可达两毫秒。”
“关于如何将磁驱动与剪纸艺术结合使用的研究还很少，而我们在这里所做的工作表明，将这些方法结合起来在从软机器人到制造应用等领域具有巨大的潜力，”特蕾西说。
“我们有兴趣缩小这种方法，以允许元片操纵更小的物体和更小体积的液体，”Chi说。
“我们还对如何利用这种方法创造触觉技术感兴趣，这种技术可能应用于从游戏到辅助设备等各个领域，”尹说。