Опубликован цикл статей, посвященных движению тел из анизотропных магнитных материалов под действием неоднородных полей различной конфигурации.


Сотрудники лаборатории физико-химической гидродинамики НИИ механики МГУ экспериментально и теоретически исследовали движение сферических тел из анизотропного намагничивающегося эластомера в неоднородном магнитном поле. 

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 Дмитрий Игоревич 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.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 20-71-10002: https://rscf.ru/project/23-71-50001/. По результатам исследования опубликован цикл из трех научных статей в журнале «Вестник Московского университета. Серия 1. Математика. Механика»: http://vestnik.math.msu.su/issues/2025/2/09.pdf, http://vestnik.math.msu.su/issues/2024/3/07.pdf, http://vestnik.math.msu.su/issues/2023/1/06.pdf.