Механики МГУ объяснили боковое движение «умных» материалов в магнитном поле
Сотрудники лаборатории физико-химической гидродинамики Научно-исследовательского института механики МГУ экспериментально и теоретически исследовали движение сферических тел из анизотропного намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
По итогам исследования, поддержанного Российским научным фондом, в журнале «Вестник Московского университета. Серия 1. Математика. Механика» опубликован цикл из трех статей, посвященных движению тел из анизотропных магнитных материалов под действием неоднородных полей различной конфигурации.
Анизотропные намагничивающиеся эластомеры (АНЭ) представляют собой магнитоуправляемые среды, состоящие из полимерной матрицы и «вмороженных» в нее ориентированных цепочек ферромагнитных частиц. В качестве источников неоднородного магнитного поля рассматривались витки с током и электромагнитные катушки. В результате работы была теоретически предсказана и экспериментально подтверждена уникальная особенность движения анизотропных тел по сравнению с изотропными, где феррочастицы распределяются равномерно и не образуют цепочек. Так на тела из АНЭ действует магнитная сила, имеющая составляющую, перпендикулярную градиенту магнитного поля. В результате тело, находящееся под катушкой, смещается вбок, тогда как изотропное тело втягивается вдоль вертикальной оси катушки.
Дополнительно изучалось движение тел из АНЭ по наклонной плоскости и отклонение маятника с анизотропным намагничивающимся грузом на конце. Были построены экспериментальные и теоретические траектории их движения, показавшие боковое отклонение анизотропных сферических тел и маятника от оси электромагнитной катушки.
«Анизотропные намагничивающиеся эластомеры являются новыми "умными" материалами. Они могут быть использованы для создания магнитоуправляемых микророботов, обладающих рядом преимуществ: малыми размерами, отсутствием встроенных источников тока, двигателей и твердых механических элементов, а также возможностью дистанционного управления с помощью внешнего магнитного поля. Такие роботы могут применяться, например, в медицине при проведении капсульной эндоскопии или малоинвазивной хирургии. Поэтому изучение свойств АНЭ и особенностей движения тел из этих материалов является крайне актуальной задачей», — сообщил старший научный сотрудник лаборатории физико-химической гидродинамики НИИ механики МГУ Дмитрий Меркулов.
Выявленная составляющая магнитной силы, направленная перпендикулярно градиенту поля и действующая на анизотропное намагничивающееся тело, должна учитываться при проектировании магнитоуправляемых устройств. Полученные в работе результаты будут использованы при создании прототипов мобильных роботов, способных совершать направленное движение во внешнем магнитном поле.
Следите за важными новостями в Телеграм-канале Информационного центра Правительства Москвы