ETH科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以組裝成二維形狀并受外部磁場(chǎng)控制的立方體形磁性積木。它們可用于軟機器人應用。如果您曾經(jīng)嘗試過(guò)將幾個(gè)非常堅固的小立方體磁鐵彼此緊挨放在磁性板上，那么您會(huì )知道自己做不到。發(fā)生的情況是，磁鐵始終排列在從磁性板垂直伸出的圓柱中。而且，幾乎不可能將幾行這些磁體連接在一起以形成平坦的表面。那是因為磁鐵是偶極的。相等的磁極彼此排斥，一個(gè)磁體的北極始終將自身附著(zhù)到另一個(gè)磁體的南極，反之亦然。這就解釋了為什么它們形成一個(gè)列，使所有磁體對齊的方式相同。

現在，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們已經(jīng)成功地制造出了立方體形狀的磁性構建塊，這是有史以來(lái)第一次，可以連接在一起以形成二維形狀?？茖W(xué)家將其稱(chēng)為模塊的新構件不是偶極而是四極，這意味著(zhù)它們每個(gè)都有兩個(gè)北極和兩個(gè)南極。在每個(gè)以塑料3D印刷的模塊內部，有兩個(gè)小的常規偶極磁體，它們的相等磁極彼此面對(見(jiàn)圖)?？梢韵裥H象棋棋盤(pán)一樣組裝這些積木，以形成任何二維形狀。它的工作原理是：由于南極和北極相互吸引，因此一個(gè)四極構造塊，其兩個(gè)南極面向左右，將在其四個(gè)側面上吸引一個(gè)建筑物 塊旋轉了90度，因此其北極位于左右兩邊。

基于這一原理，科學(xué)家們制作了彩色模塊，其邊緣長(cháng)度剛好超過(guò)2毫米。他們將它們組裝成像素藝術(shù)表情符號，以演示模塊可以做什么。但是，可能的用例遠遠超出了這種頭。ETH的Bradley Nelson教授小組的博士生，科學(xué)家最近在Science Robotics上發(fā)表的論文的主要作者Gu Hongri說(shuō)：“我們對軟機器人領(lǐng)域的應用特別感興趣。

四極支配模塊的磁性。但是，這要復雜得多，因為除了強四極桿外，科學(xué)家還在構造塊中構建了一個(gè)弱偶極桿。他們通過(guò)將模塊中的小磁鐵彼此以微小角度而不是平行的方式布置來(lái)實(shí)現此目的(參見(jiàn)圖片)。

Gu解釋說(shuō)：“這導致模塊將自身對準外部磁場(chǎng)，就像指南針一樣。” “有了可變的磁場(chǎng)，我們就可以將已經(jīng)構建的形狀移出模塊。添加一些靈活的連接器，甚至可以構建可以通過(guò)磁場(chǎng)控制的機器人。

顧說(shuō)，他們的工作最初是關(guān)于開(kāi)發(fā)新原則的。他說(shuō)，它與尺寸無(wú)關(guān)，這意味著(zhù)沒(méi)有理由無(wú)法開(kāi)發(fā)出更小的四極模塊?？茖W(xué)家們還在研究如何在磁場(chǎng)的作用下將模塊用于將線(xiàn)性結構組合成多維對象。這是將來(lái)可能在醫學(xué)中使用的東西：可以想象，諸如支架之類(lèi)的物體可以由包含此類(lèi)模塊的螺紋形成?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)相對簡(jiǎn)單的，微創(chuàng )的程序通過(guò)細小的開(kāi)口將線(xiàn)插入體內，然后施加磁場(chǎng)以將其組裝到體內的最終多維結構中。