Команда исследователей из Гарвардского университета, возглавляемая доктором Анандом Бала Субраманиамом (Anand Bala Subramaniam), придумала, как перемещать объекты в трёхмерном пространстве, не касаясь их. Сначала объект отправляется в парамагнитную жидкость, а затем перемещаются при помощи магнитов, которые манипулируют жидкостью и удерживают объект практически в состоянии левитации.

Технология, при которой магниты используются для того, чтобы двигать намагниченные объекты в трёхмерном пространстве, известна как магнитная левитация, или MagLev.

На её основе создаются поезда на магнитной подушке, так как она позволяет эффективно уменьшать трение.

Рис. 1. Объекты, помещённые в магнитную жидкость, управляются двумя внешними магнитами (фото группы George M. Whitesides).

В новом исследовании учёные стремились осуществить тот же трюк с объектами, которые не являются магнитными, например, с пластиковым винтом.

Для этого они оснастили контейнер магнитами (сверху и сбоку) и залили в него парамагнитную прозрачную жидкость: магниты оказывают влияние на жидкость и позволяют с её помощью манипулировать находящимися внутри объектами.

Так, исследователи заставили пластиковый винт левитировать в центре этого контейнера, причём в трёхмерном пространстве – слева направо, вверх и вниз, переворачивать его и так далее.

Рис. 2. Эти два магнита были расположены в верхней и нижней части контейнера (фото группы George M. Whitesides).

«Магнитная левитация в жидкостях ранее использовалась для разделения материалов на основе их плотности, но никогда – для манипуляции объектами,» – комментирует доктор Субраманиам.

Используя подобную установку, исследователи обнаружили, что ориентация левитирующего объекта зависела от геометрии как объекта, так и используемых магнитов. Оказалось, что объекты различных размеров, форм и из разных материалов могли перемещаться в 3D-пространстве, ни с чем (за исключением жидкого раствора) не контактируя. Также учёные выяснили, что они могут оказывать и другие виды воздействия на плавающий объект путём перемещения магнита вокруг контейнера, тем самым воздействуя на жидкость, которая близка к объекту.

Рис. 3. Применение внешнего магнита также заставило винт вращаться внутри камеры (фото группы George M. Whitesides).

Использование такого рода магнитной левитации может применяться в различных областях – начиная от робототехники и биометрии и заканчивая производственными процессами. Например, когда нужно переместить строительные объекты, с которыми нелегко контактировать, – гидрогели, эластомеры и сыпучие вещества, а также хрупкие объекты необычной формы.

На данный момент команда доктора Субраманиама экспериментирует с желеобразными материалами и кремниевыми захватами, которые обычно используются в роботизированных сборках, а также с газовыми пузырьками различных форм и размеров.

Научная статья исследователей была опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.