Zachte polymeer grijper tilt 1000x eigen gewicht (video)

Een team van het Georgia Institute of Technology en de Ohio State University heeft een magnetisch vormgeheugenpolymeer ontwikkeld vervormd onder invloed van magnetische velden. Het materiaal maakt een reeks nieuwe toepassingen mogelijk, van antennes die van frequentie kunnen veranderen tot grijpers voor delicate of juist zware objecten.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.
Het materiaal is een mengsel van 3 ingrediënten: 2 soorten magnetische deeltjes, 1 voor inductiewarmte en 1 met een sterke magnetische aantrekking, en verschillende polymeren met vormgeheugen die het materiaal tijdelijk in vorm houden.
"Dit is het eerste materiaal dat de sterke punten van al deze afzonderlijke componenten combineert en dat snel van vorm kan veranderen, deze vorm tijdelijk kan vasthouden, en die vervolgens herprogrammeerbaar zijn", zegt professor Jerry Qi van Georgia Tech.
Om het materiaal te maken, begonnen de onderzoekers met het verspreiden van deeltjes neodymium-ijzerboor (NdFeB) en ijzeroxide in een mengsel van vormgeheugenpolymeren. Nadat de deeltjes volledig waren opgenomen, vormden de onderzoekers dat mengsel in verschillende objecten die waren ontworpen om te evalueren hoe het materiaal presteerde in een reeks toepassingen.
Het team maakte bijvoorbeeld een grijper uit een t-vormige mal van het magnetische polymeermengsel met vormgeheugen. Het aanbrengen van een hoogfrequent, oscillerend magnetisch veld op het object zorgde dat de ijzeroxidedeeltjes opwarmden door inductie. Die temperatuurstijging in de grijper maakte dat de polymeermatrix met vormgeheugen zacht werd. Een tweede magnetisch veld werd op de grijper gezet, waardoor de grijper open en dicht ging. Toen de polymeren weer waren afgekoeld, bleven ze in die positie zitten.
Het vormveranderingsproces duurt slechts een paar seconden en de sterkte van het materiaal in zijn vergrendelde staat stelde de grijper in staat om objecten tot 1000 keer zijn eigen gewicht te tillen. "We stellen ons voor dat dit materiaal nuttig is voor situaties waarin een robotarm een zeer kwetsbaar object zou moeten optillen zonder het te beschadigen, zoals in de voedingsmiddelenindustrie of voor chemische of biomedische toepassingen," zegt Qi.
De onderzoekers testten ook andere toepassingen, waarbij spoelvormige objecten werden uitgerekt en ingetrokken - simulerend hoe een antenne mogelijk van frequentie zou kunnen veranderen op instigatie van een magnetisch veld. "Dit proces vereist dat we magnetische velden alleen gebruiken tijdens de actuatiefase," zegt Ruike Zhao van Ohio State. "Dus zodra een object zijn nieuwe vorm heeft bereikt, kan het daar worden vergrendeld zonder voortdurend energie te verbruiken."