北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种利用磁性纳米颗粒链在三维空间操纵弹性聚合物的技术，这种技术可用于远程控制新型“软机器人”。
控制软机器人运动的能力，加上它们的灵活性，使它们具有从生物医学技术到制造工艺的潜在应用。研究人员对利用磁场来控制这些软机器人的运动很感兴趣，因为它可以远程完成——控制可以在不与聚合物物理连接的情况下进行——而且磁场很容易从永磁体和电磁铁获得。
一个研究小组现在发现了一种方法，将纳米级磁铁矿粒子的长链嵌入弹性聚合物薄片中，形成一种磁性聚合物纳米复合材料。通过施加磁场，研究人员可以控制纳米复合材料弯曲的方式，使其成为一个软机器人。
这一过程始于将磁铁矿纳米颗粒(一种氧化铁)分散到一种溶剂中。然后将聚合物溶解在混合物中，然后将混合物倒入模具中，形成所需的形状。然后施加磁场，使磁铁矿纳米颗粒排列成平行的链。溶液干燥后，将链锁在合适的位置，完成的纳米复合材料可以被切割，以进一步优化其形状。
“使用这项技术，我们可以制造出多种不同形状的大型纳米复合材料，可以远程操控，”苏米特·米什拉(Sumeet Mishra)说，他是北卡罗来纳州立大学的博士生，也是该研究论文的主要作者。“纳米粒子链给了我们一个增强的响应，通过控制磁场的强度和方向，你可以控制软机器人运动的范围和方向。”
这种机制源于链条的结构。研究人员还构建了一个简单的模型来解释链状纳米颗粒如何影响磁场中的机械响应。
“这里的关键是，链上的纳米颗粒及其磁偶极子是头对尾排列的，一个磁性纳米颗粒的正极与另一个磁性纳米颗粒的负极排列在一起，一直排列下去，”他说乔特蕾西，北卡罗来纳州材料科学与工程副教授，论文通讯作者有争议的是所谓的磁各向异性，这是由纳米颗粒组装成链引起的。当磁场作用于任何方向时，链会重新定向，使其尽可能与磁场平行，仅受重力和聚合物弹性的限制。”
研究人员认为，与依靠电或光进行控制的软机器人技术相比，这种技术在某些生物医学应用中可能特别有吸引力。Mishra说:“在一些医疗应用中，电气控制可能会带来安全问题。”“在将这些信号与体内的设备通信方面，电信号和光信号都构成了挑战。”另一方面，磁场通过起来很容易，而且带来的安全挑战更少。”
研究人员说，这种技术使用的是廉价且广泛可用的材料，而且过程相对简单，易于执行。
纸”,磁链纳米颗粒对弹性体薄膜的选择性和定向驱动，发表在《皇家化学学会杂志》的网站上纳米尺度．该论文由北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系的Michael Dickey和Orlin Velev共同撰写。国家自然科学基金资助项目:DMR-1056653;国家自然科学基金资助项目:三角材料研究科学与工程中心资助项目:DMR-1121107。
2015年12月，Mishra因其在这方面的研究工作获得了材料研究会的黄金研究生奖。
注意:两个演示工作的视频可以在这里下载-
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