可组装成二维形状并受外部磁场控制的立方体磁性积木

ETH的科学家已经开发出可以组装成二维形状并受外部磁场控制的立方体磁性积木。它们可用于软机器人应用。如果你曾经尝试过把几个非常坚固的小立方体磁铁一个挨着一个放在磁板上，你就会知道你做不到。碰巧磁体总是排列在从磁性板垂直突出的圆柱体中。此外，几乎不可能将几排这些磁体连接在一起形成平坦的表面。那是因为磁铁是偶极的。相等的磁极相互排斥，一个磁体的北极总是附着在另一个磁体的南极上，反之亦然。这就解释了为什么它们会形成一个圆柱，这样所有的磁铁都以相同的方式排列。

现在，苏黎世联邦理工学院的科学家已经成功制造出立方体形状的磁性积木，这在历史上是第一次，可以连接在一起形成二维形状。科学家称之为模块的新组件不是偶极而是四极，这意味着它们每个都有两个北极和两个南极。在塑料3D打印的每个模块内部，都有两个小的传统偶极磁体，磁极彼此面对(见图)。这些方块可以像小棋盘一样组装，形成任何二维形状。它的工作原理是：因为南极和北极相互吸引，一个四极积木，它的两个南极左右相对，会在它的四边吸引一个积木，旋转90度，所以它的北极位于左右两边。

基于这一原理，科学家们制作了一个颜色模块，其边缘长度刚好超过2mm。他们将它们组合成像素艺术表情符号，展示该模块的功能。然而，可能的用例远远超出了这个范围。布拉德利纳尔逊教授团队的博士生、科学家最近在《科学机器人学》(Science Robotics)上发表的一篇论文的主要作者顾红日说，“我们对软机器人领域的应用特别感兴趣。

四极杆控制模块的磁性。然而，这要复杂得多，因为除了强四极杆之外，科学家还在积木里建造了弱偶极杆。他们这样做的方法是将模块中的小磁铁以微小的角度排列，而不是相互平行(见图)。

顾解释说：“这使得模块与外部磁场对齐，就像指南针一样。”“通过可变磁场，我们可以移动我们在模块中构建的形状。增加一些柔性连接器，甚至建造可以被磁场控制的机器人。

顾说，他们的工作最初是关于发展新的原则。他说，这与尺寸无关，这意味着没有理由不能开发更小的四极模块。科学家们还在研究如何利用模块在磁场的作用下将线性结构组合成多维物体。这是未来可能用于医学的东西：可以想象，支架等物体可以由包含这种模块的螺纹形成。导线可以通过相对简单且微创的程序通过小开口插入体内，然后施加磁场将其组装成体内最终的多维结构。

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