В рамках экспериментального и теоретического исследования движения сферических тел из анизотропного намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле, сотрудники лаборатории физико-химической гидродинамики Научно-исследовательского института механики МГУ получили значимые результаты. Данная работа, поддержанная Российским научным фондом, была опубликована в журнале «Вестник Московского университета. Серия 1. Математика. Механика цикл из трех статей, посвященных движению тел из анизотропных магнитных материалов под действием неоднородных полей различной конфигурации.
Анизотропные намагничивающиеся эластомеры (АНЭ) – это магниточувствительные среды, включающие полимерную матрицу и ориентированные цепочки ферромагнитных частиц, расположенные внутри нее. Для создания неоднородного магнитного поля в ходе исследования рассматривались токовые обмотки и электромагнитные катушки. В результате работы была теоретически предсказана и экспериментально подтверждена характерная особенность движения тел из АНЭ по сравнению с изотропными материалами, в которых феррочастицы распределены равномерно и не формируют цепочек. Так, на тела из АНЭ воздействует магнитная сила, имеющая компоненту, направленную перпендикулярно градиенту магнитного поля. Вследствие этого, тело, находящееся под катушкой, смещается вбок, в то время как изотропное тело перемещается вдоль вертикальной оси катушки.
В ходе исследования также анализировалось движение тел из АНЭ по наклонной плоскости и отклонение маятника, оснащенного анизотропным намагничивающимся грузом. Экспериментально и теоретически определены траектории их движения, демонстрирующие боковое смещение анизотропных сферических тел и маятника относительно оси электромагнитной катушки.
«Анизотропные намагничивающиеся эластомеры – это перспективные «умные» материалы, которые открывают возможности для разработки магнитоуправляемых микророботов. Эти роботы обладают рядом значительных достоинств: они характеризуются небольшими габаритами, не содержат встроенных источников питания, двигателей и жестких механических деталей, и могут управляться удаленно посредством внешнего магнитного поля. Благодаря этим качествам, такие роботы находят применение, например, в медицине, в частности, при проведении капсульной эндоскопии и малоинвазивных хирургических вмешательствах. Поэтому исследование свойств АНЭ и особенностей перемещения объектов, изготовленных из этих материалов, представляет собой важную научную задачу, – отметил старший научный сотрудник лаборатории физико-химической гидродинамики НИИ механики МГУ Дмитрий Меркулов.
При проектировании магнитоуправляемых устройств необходимо учитывать компоненту магнитной силы, которая ориентирована перпендикулярно градиенту поля и воздействует на тело, обладающее анизотропной намагниченностью. Результаты, полученные в ходе исследования, будут применены при разработке прототипов мобильных роботов, предназначенных для осуществления целенаправленного перемещения во внешнем магнитном поле.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ