O chytrém magnetickém silikonu, co dokáže divy  
Dospěláky s utajenou duší dítěte nový pružný, změnami magnetického pole ovladatelný materiál jistě zaujme. I když potenciál jeho možného využití je velký, kdyby pro začátek byly z něho jenom kreativní, pohybem magnetů ovladatelné hračky pro děti, již to by bylo super.

Když autory odborného článku jsou výzkumníci z Massachusettského technologického ústavu, zkráceně MITu (Massachusetts Institute of Technology), obvykle je to záruka kvalitní a zajímavé práce. I nejnovější číslo časopisu Nature prezentuje novinku z tamních laboratoří - skvělý, magnetickým polem ovladatelný „chytrý“ materiál, z něhož lze pomocí speciální 3D tiskárny vytvořit libovolný tvar podle počítačového programu. Na tom by nebylo nic převratného, kdyby… kdyby součástí naprogramovaného zadání nebyly také rychlé a lehce ovladatelné pohyby vytištěného objektu. Protože je lepší jedenkrát vidět, než stokrát slyšet, redakce Nature zpropagovala tento půvabně hravý produkt materiálového výzkumu i formou popularizačního videa (český překlad mluveného komentáře je pod videem):

 

 

Překlad komentáře

Desítky let vědci pracují na materiálech, které mohou změnit tvar. Ať už se ohýbají, smršťují, nebo zkrucují, tyto druhy „inteligentních“ materiálů by mohly být užitečné pro robotiku, strojírenství a medicínu.

Zatím se mnohé z těchto materiálů transformují poměrně pomalu. Někdy potřebují připojení k řídicí jednotce pomocí drátů či trubek, nebo mají omezený rozsah pohybů.

Nyní vědci vyvinuli flexibilní inteligentní materiál, který je aktivován dálkově, může se pohybovat různými způsoby a dokáže se rychle transformovat - úplně změnit tvar za méně než vteřinu.

Tento materiál lze trojrozměrně vytisknout a ke změně jeho tvaru vědci používají magnety.

Technologie využívá měkkou silikonovou gumu, která obsahuje drobné železné částice. K jejich magnetizaci se používá magnetické pole, čímž vzniká magnetický materiál, který lze vytisknout v libovolném tvaru. A v průběhu tisku lze směr magnetického pole měnit.

Výsledkem je materiál s nejednotnou polaritou, což znamená, že každá část struktury může odlišně reagovat na magnetický náboj. Vědci přidali červený filtr pro filmování pohybů.

Systém je tak přesný, že vědci mohou naprogramovat počítačový model pohybující se určitým způsobem, vytisknout ho a tak stejný pohyb lze přesně zkopírovat ve fyzické struktuře.

Tým již vytvořil tvary, které se mohou smršťovat, různě tvarově přetvářet, dokážou zastavit míč, chytit ho a dokonce i skákat. Existuje však bezpočet dalších možností. Pokud je lze namodelovat, můžou být vytvořeny.

Protože se využívá dálkově ovládané magnetické pole, mohou se tyto materiály využít v malých, nepřístupných místech. V medicíně by mohly být užitečné pro transport léků uvnitř těla, nebo v chirurgii. Nebo v robotice, složité změny tvaru by mohly přispět ohebným robotům flexibilními doplňky.

Ve skutečnosti má tato technologie rychlé změny tvaru, spolu s již existujícími inteligentními materiály, řadu potenciálních využití v široké škále průmyslových odvětví - vše jen s přepnutím magnetického spínače.

 

Na počátku je myšlenka – představa tvaru a jeho možných pohybů, pak počítačem vytvořen virtuální model a simulace jeho funkcí. Podle naprogramovaných instrukcí speciální tiskárna vytvoří skutečný objekt. Kredit: Yoonho Kim et al: Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials, Nature vol. 558, (2018)
Na počátku je myšlenka – představa tvaru a jeho možných pohybů, pak počítačem vytvořen virtuální model a simulace jeho funkcí. Podle naprogramovaných instrukcí speciální tiskárna vytvoří skutečný objekt. Kredit: Yoonho Kim et al: Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials, Nature vol. 558, (2018)

Poutavé video, zajímavý materiál, stojí za námahu se dovědět něco víc

 

Na počátku je představa a program, v němž se převede do virtuální formy. Naprogramovaný útvar musí mít předem danou nejen přesnou prostorovou strukturu, ale také tu magnetickou – podrobnou mapu magnetických momentů v jeho jednotlivých částech podle toho, jakých pohybů bude schopen při předem daných změnách vnějšího magnetického pole. Základem magnetických vlastností samotného materiálu, a tím i jeho ovládatelnosti, jsou feromagnetické mikročástice ze slitiny neodymu, železa a bóru o průměru přibližně 5 mikrometrů. Nezmagnetizované se spolu s nanočástečky pyrogenního oxidu křemičitého dobře smíchají s dvousložkovým silikonem (katalyzátor + silikon SE 1700 + silikonový tzv. síťovač, který zajišťuje vzájemné propojení silikonových polymerních vláken do velmi pružné, ale tvarově stabilní struktury - silikonové gumy). Role nanočástic oxidu křemičitého je kontrolovat viskozitu „inkoustu“, aby si tenké vlákénko po vytlačení z trysky udrželo na podložce svůj tvar. Po smíchání se směs musí zbavit bublinek vzduchu, pak se vystaví silnému pulznímu magnetickému poli o intenzitě až 2,7 Tesla. Tím se feromagnetické mikročástice zmagnetizují do stavu úplného magnetického nasycení. Aby se v dané části výsledného tvaru dosáhl požadovaný magnetický moment, musí v ní dojít k naorientování těchto mikromagnetů do příslušného směru. To zajišťuje silný permanentní magnet, nebo cívka elektromagnetu umístěna u trysky tiskárny, přičemž magnetický dipól je vždy orientován jedním nebo druhým směrem podél tištěného směru. Změny magnetické orientace mikročástic lze dosáhnout buď přepólováním magnetu u trysky, nebo změnou směru tisku.

Pro tisk ve více vrstvách výzkumníci používají třívrstevný silikonový inkoust, v němž je z trysky vytlačena magnetická složka mezi dvě nemagnetické.


Výsledný vytištěný tvar je potřebné stabilizovat při teplotě 120°C po dobu minimálně jedné hodiny.

Popsaný „recept“ je samozřejmě velice stručný a zjednodušený. Ty které nový chytrý materiál zaujal, mají možnost získat veškeré podrobné informace, protože redakce Nature uvolnila článek ke čtení (ne stahování) i s doplňkovými upřesňujícími údaji a obrázky na stránce časopisu (ZDE).

Datum: 15.06.2018
Tisk článku

Ruční tisk - Laurenová Andrea
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 349 Kč
cena: 300 Kč
Ruční tisk
Laurenová Andrea
Související články:

Magnet místo štětce, kuličky místo barev     Autor: Dagmar Gregorová (02.07.2009)
Jak zatajit magnet před magnetometrem     Autor: Dagmar Gregorová (27.03.2012)
Poživatelná origami     Autor: Josef Pazdera (14.05.2016)
Kirigami – hračka, která našla uplatnění v medicíně     Autor: Josef Pazdera (30.03.2018)



Diskuze:

To chci zkusit:-)

Pavel Hudecek,2018-06-15 20:06:44

Začínám přemýšlet, jak to udělat. Demagnetizovat a pak nadrtit Nd magnety?

Nějaké další nápady?

Odpovědět


Re: To chci zkusit:-)

Dagmar Gregorová,2018-06-15 20:42:44

Demagnetizace se Vám nepovede, protože i když magnety nahřejete nad Curieho teplotu, nemáte nulové pole (kompenzované okolní magnetické pole Země), v němž by vychladly. V zemském poli se opět namagnetují ve směru působení vnějšího pole.
Nadrcením stěží získáte jen mikročástice
Nemáte k dispozici tak silné pole, abyste dosáhl magnetického nasycení
Se slabšími feromagnety by se to nemuselo povést, materiál, i když pružný, nějaký odpor klade.

Odpovědět


Re: Re: To chci zkusit:-)

Milan Krnic,2018-06-15 20:54:01

Anebo celý projekt zvětšit dle nejmenších dostupných Nd magnetů. To se sice významně prodraží, ale domácí je domácí.

Odpovědět


Re: Re: To chci zkusit:-)

Pavel Hudecek,2018-06-15 21:29:39

Tak gemagnetizace v pohodě zapalovačem:-)

Magnetizace byla těžší, první pokus s omotáním drátem, kterým projde impulz v řádu 100A nic moc, tak jsem vytáh "kyblíkový" kondík co dá pár desítek kA a taky v pohodě:-)

Ale jeden Nd magnet jsem asi nahřál moc, ten už pořádně zmagnetovat nejde. Takže to bude chtít si na to udělat nějakou pícku, nebo ještě příležitostně zkusím tlumené kmity, to bude nejlepší.

Tzn. tuto část problému mám experimentálně ověřenu.

Odpovědět


Re: Re: Re: To chci zkusit:-)

Dagmar Gregorová,2018-06-16 07:22:49

https://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=temperature-and-neodymium-magnets

Je otázkou, jestli je pro domácí pokusy nutné již namagnetizovaný Nd magnet demagnetizovat - sám by měl být již magneticky "nasycen"
Je křehký, je otázkou, nakolik by pokleslo uspořádání magnetických domén při jeho destrukci na prach (objemová hustota mag.p.). Asi dost.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: To chci zkusit:-)

Pavel Hudecek,2018-06-16 15:50:36

Když rozdrtím fungující magnet, dostanu prášek, který má snahu se shlukovat a tedy i separovat od ostatních složek směsi. Takže pokud nechci komplet replikovat v Nature uvedený postup (což by bylo drahé a pracné), musím použít nemagnetické suroviny, se kterými se dá pracovat normálně, aby nevadilo, že běžný silikon na lepení akvárek tuhne hodiny až dny.

Takže moje představa je, namíchat směs, vyrobit z ní třeba čtverečky, ty v již pevném stavu zmagnetovat a pak z nich poskládat požadovaný objekt. Že budou zrna větší, by při tomto postupu vadit nemělo.

3D tisk se sice asi taky uplatní, ale jen na výrobu pomocných věcí okolo.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace