Magneti per la superficie

Chiunque abbia provato ad attaccare diversi piccoli e forti magneti a forma di cubo direttamente l'uno accanto all'altro su una parete magnetica sa che questo non è possibile. Al contrario, i magneti si dispongono sempre in una colonna che sporge verticalmente dalla parete magnetica. È inoltre quasi impossibile unire più file di questi magneti per formare una superficie. Il motivo è che i magneti sono i cosiddetti dipoli. I poli identici si respingono; invece, il polo nord di un magnete si attacca sempre al polo sud di un altro. In questo modo si forma una colonna in cui tutti i magneti sono allineati allo stesso modo.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno creato dei blocchi magnetici a forma di cubo che permettono per la prima volta di formare oggetti piatti. I nuovi blocchi - che i ricercatori chiamano moduli - non sono dipoli, ma quadrupoli. Ciò significa che ciascuno di essi ha due poli nord e sud. All'interno dei moduli di plastica stampati in 3D si trovano due piccoli magneti convenzionali a dipolo, con gli stessi poli rivolti l'uno verso l'altro (vedi immagine). Questi blocchi di costruzione possono essere uniti in uno schema a scacchiera per formare un numero qualsiasi di oggetti piatti: Poiché i poli sud e nord si attraggono, un blocco di costruzione quadrupolare i cui due poli sud si trovano a sinistra e a destra ha come vicini sulle sue quattro facce blocchi di costruzione ruotati di 90 gradi, cioè i cui poli nord si trovano a sinistra e a destra.

Utilizzando questo principio, i ricercatori hanno prodotto moduli colorati con una lunghezza dei bordi di poco più di due millimetri. A scopo di presentazione, li hanno assemblati in emoji "pixel art". Le possibili applicazioni vanno però oltre questo espediente. "Siamo particolarmente interessati alle applicazioni nel campo della robotica morbida", afferma Hongri Gu, dottorando nel gruppo del professor Bradley Nelson dell'ETH e primo autore del lavoro, che gli scienziati hanno recentemente pubblicato sulla rivista pagina esternaScienza Robotica pubblicato.

Quadrupolo e dipolo allo stesso tempo

Il suddetto quadrupolo domina le proprietà magnetiche dei moduli. Tuttavia, è un po' più complicato, perché oltre al quadrupolo forte, i ricercatori hanno progettato un dipolo debole nei moduli. Hanno ottenuto questo risultato disponendo i piccoli magneti incorporati nel modulo con un leggero angolo anziché paralleli tra loro (vedi immagine).

"Questo fa sì che i moduli si allineino a un campo magnetico esterno come l'ago di una bussola", spiega il dottorando Gu dell'ETH. "Chi siamo, con un campo magnetico variabile, può spostare gli oggetti costruiti dai moduli. In combinazione con connessioni flessibili, è persino possibile costruire robot che possono essere controllati da un campo magnetico".

Gu afferma che il lavoro del suo gruppo si è inizialmente concentrato sullo sviluppo del nuovo principio. È indipendente dalle dimensioni e nulla impedisce di sviluppare moduli quadrupolari molto più piccoli. I ricercatori stanno anche studiando come i moduli possano essere utilizzati per assemblare una struttura lineare in un oggetto multidimensionale utilizzando un campo magnetico. Questo potrebbe essere utilizzato in futuro anche in medicina: Sarebbe concepibile formare oggetti come stent da un filo dotato di tali moduli. Sarebbe relativamente facile inserire questo filo nel corpo in una procedura minimamente invasiva attraverso una piccola apertura e poi assemblarlo nella struttura multidimensionale finale all'interno del corpo utilizzando un campo magnetico.