Современная наука не перестает удивлять: группа исследователей из лаборатории физико-химической гидродинамики НИИ механики МГУ имени М. В. Ломоносова провела уникальные эксперименты и вычисления, посвященные поведению анизотропных намагничивающихся эластомеров (АНЭ) в неоднородных магнитных полях. Этот научный прорыв осуществлен при финансовой поддержке Российского научного фонда, а три крупных работы по этой теме недавно были опубликованы в престижном научном издании Московского университета.
Что такое анизотропные намагничивающиеся эластомеры и в чем их уникальность
АНЭ представляют собой особый класс материалов, сочетающих в себе эластичность полимерной основы и уникальные магнитные свойства, обусловленные упорядоченным распределением микроскопических ферромагнитных частиц. Эти частицы формируют цепочки, “замороженные” внутри материала, что делает АНЭ заметно отличными от обычных изотропных магнитных композитов, где частицы расположены хаотично. Благодаря именно такому строению анизотропные эластомеры демонстрируют необычное поведение, реагируя на различные конфигурации внешних магнитных полей.
Экспериментальные и теоретические достижения ученых МГУ
Во время исследовательской работы под руководством старшего научного сотрудника Дмитрия Меркулова, ученые рассматривали динамику сферических АНЭ-объектов, погруженных в разные по структуре магнитные поля, создаваемые электромагнитными катушками и токоведущими витками. Анализируя движения таких тел, коллектив ученых впервые обнаружил важнейшее отличие: под воздействием неоднородного поля анэзотропный эластомер смещается не только вдоль, но и перпендикулярно направлению магнитной силы. Это существенно отличает его от изотропных образцов, которые перемещаются строго вдоль продольной оси электромагнитной катушки.
Данный эффект наглядно проявил себя и в экспериментальных постановках, когда анизотропные образцы на плоскости демонстрировали отчетливое смещение вбок, а также в моделях движения маятников с АНЭ-грузами, отклоняющихся от опорной оси катушки. Сложные траектории, спрогнозированные учеными, полностью подтвердились и в лабораторных испытаниях, что еще раз подчеркивает глубокий уровень проведенных исследований.
Потенциал АНЭ для создания “умных” робототехнических систем
Полученные выводы открывают небывалые перспективы для развития новых типов устройств и технологий. В первую очередь, такие материалы уже сейчас рассматриваются как основной компонент для разработки миниатюрных магнитоуправляемых микророботов. С их помощью можно создавать микромеханизмы, лишенные встроенных двигателей и источников питания. Управление осуществляется дистанционно, с помощью внешних магнитных полей, что обеспечивает высочайший уровень безопасности и надежности работы.
Как отметил Дмитрий Меркулов, подобные микророботы способны найти применение в самых сложных и чувствительных сферах: от медицины, где они могут проводить малоинвазивную хирургию или капсульную эндоскопию, до промышленной автоматизации. То, что АНЭ позволяют реализовывать умное управление движением, делает их незаменимыми для воплощения идей XXI века.
Значимость открытия для инженерии и технологий будущего
Важнейшей находкой российских исследователей стала новая составляющая магнитной силы, действующая на анизотропные тела — она направлена перпендикулярно основному градиенту поля. Такой эффект обязательно должен учитываться при проектировании любых магнитоуправляемых систем. Эти знания уже заложены в основу создания прототипов мобильных роботов, способных уверенно и адресно перемещаться в пространстве под действием заранее заданного магнитного сценария.
Заключение: новые горизонты для науки и практики
Исследования коллектива НИИ механики МГУ совместно с Дмитрием Меркуловым и при поддержке Российского научного фонда открывают огромные возможности для внедрения новых материалов и технологий. АНЭ готовят почву для революционных разработок в робототехнике, медицине и других высокотехнологичных областях. Оптимистичный настрой исследователей подтверждается успешной публикацией результатов в ведущих научных изданиях, что доказывает мировой уровень российских инженеров и ученых.
Фото и дополнительная информация предоставлены пресс-службой МГУ. Источник фотографий: НИИ механики МГУ. Оригинал новости опубликован на scientificrussia.ru
Источник: scientificrussia.ru
