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Los módulos de cuadrupolo se pueden ensamblar en formas bidimensionales, incluidos emojis de pixel art como estos. Crédito: ETH Zurich / Hongri Gu

Los científicos de ETH han desarrollado bloques de construcción magnéticos en forma de cubo que pueden ensamblarse en formas bidimensionales y controlarse mediante un campo magnético externo. Se pueden utilizar para aplicaciones de robótica blanda.

Si alguna vez ha intentado colocar varios imanes de cubo pequeños y realmente fuertes uno al lado del otro en un tablero magnético, sabrá que simplemente no puede hacerlo. Lo que sucede es que los imanes siempre se colocan en una columna que sobresale verticalmente del tablero magnético. Además, es casi imposible unir varias filas de estos imanes para formar una superficie plana. Eso es porque los imanes son dipolares. Los polos iguales se repelen entre sí, y el polo norte de un imán siempre se une al polo sur de otro y viceversa. Esto explica por qué forman una columna con todos los imanes alineados de la misma manera.

Ahora, los científicos de ETH Zurich han logrado crear bloques de construcción magnéticos en forma de cubos que, o por primera vez, se pueden unir para formar formas bidimensionales. Los nuevos bloques de construcción, que los científicos llaman módulos, no son dipolares sino cuadrupolares, lo que significa que cada uno tiene dos polos norte y dos polos sur. Dentro de cada uno de los módulos, que están impresos en 3D en plástico, hay dos pequeños imanes dipolo convencionales con sus polos iguales enfrentados (ver imagen). Los bloques de construcción se pueden ensamblar como pequeños tableros de ajedrez para formar cualquier forma bidimensional. Funciona así: debido a que los polos sur y norte se atraen entre sí, un bloque de construcción cuadrupolo con sus dos polos sur mirando hacia la izquierda y la derecha atraerá, en cada uno de sus cuatro lados, un bloque de construcción que gira 90 grados por lo que su norte polos en la cara izquierda y derecha.

Basándose en este principio, los científicos crearon módulos de colores con una longitud de borde de poco más de dos milímetros. Los ensamblaron en emojis de pixel art para demostrar lo que pueden hacer los módulos. Sin embargo, los posibles casos de uso van mucho más allá de estos trucos. “Estamos particularmente interesados ​​en aplicaciones en el campo de la robótica blanda”, dice Hongri Gu, estudiante de doctorado en el grupo del profesor Bradley Nelson en ETH y autor principal del artículo que los científicos publicaron recientemente en Ciencia Robótica.

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    Imán dipolo y módulo cuadrupolo en forma de diagrama. Crédito: Gu H et al. Ciencia Robótica 2019
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    Los módulos cuadrupolo tienen una longitud de borde de poco más de dos milímetros. Crédito: ETH Zurich / Hongri Gu

Cuadrupolo y dipolo en el mismo bloque de construcción

El cuadrupolo domina las propiedades magnéticas de los módulos. Sin embargo, es un poco más complicado que eso, porque además del cuadrupolo fuerte, los científicos también construyeron un dipolo débil en los bloques de construcción. Lo lograron colocando los pequeños imanes en el módulo en un ligero ángulo entre sí en lugar de en paralelo (ver imagen).

“Esto hace que los módulos se alineen con un campo magnético externo, como lo hace la aguja de una brújula”, explica Gu. “Con un campo magnético variable, podemos mover las formas que hemos construido fuera de los módulos. Agregue algunos conectores flexibles e incluso es posible construir robots que puedan ser controlados por un campo magnético”.

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Se puede utilizar un campo magnético externo (imágenes central y derecha) para controlar la orientación de los módulos. Aquí se muestra una combinación de módulos magnéticos y conectores flexibles. Crédito: Gu H et al. Ciencia Robótica 2019

Gu dice que su trabajo inicialmente consistía en desarrollar el nuevo principio. Es independiente del tamaño, dice, lo que significa que no hay ninguna razón por la que no se puedan desarrollar módulos de cuadrupolo mucho más pequeños. Los científicos también están estudiando cómo se podrían usar los módulos para combinar una estructura lineal en un objeto multidimensional con la ayuda de un campo magnético. Esto es algo que podría ser de utilidad en la medicina en el futuro: es concebible que objetos como los stents se puedan formar a partir de un hilo formado por dichos módulos. El hilo se podría insertar en el cuerpo en un procedimiento relativamente simple y mínimamente invasivo a través de una pequeña abertura y luego se aplicaría un campo magnético para ensamblarlo en la estructura multidimensional final dentro del cuerpo.


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