2次元形状に連結できるキューブ型4極マグネットモジュールを開発

3Dプリントされたモジュールの中に、2対のSN極マグネットを対面するよう固定配置することにより、4極のマグネットが構成される。Source: Gu H et al. Science Robotics 2019

チューリッヒ工科大学の研究チームが、2次元形状に組み立てられる、一辺が約2mmのキューブ型磁性ブロックを考案した。2対のSN極を組み合わせた4極マグネットであり、多数のブロックを密接に配置することにより、任意の2次元形状を構築することができる。外部磁界による制御が可能なソフトロボットに向けた活用とともに、将来的にはサイズを微細化して生体内に挿入し、外部磁界によりステント形状に変化させる医療デバイスとしての活用も期待される。研究成果が、2019年10月30日の『Science Robotics』誌に公開されている。

何個かのキューブ型マグネットをマグネットボード上に平らに密接するように置こうとした人は、マグネットがボードと垂直方向に突き出して、柱状に並んでしまうのを経験したことがあるだろう。複数のマグネットの列を密に並べ、フラットな平面を形成することもできない。これは、マグネットの同じ極は互いに反発し、N極は他のマグネットのS極を引き付けるためだ。

チューリッヒ工科大学の研究チームが、任意の2次元形状に組み立てることのできる、キューブ型磁性ブロックを考案した。モジュールと名付けられたこの組立てブロックの特徴は、SN極の2極構造ではなく、2つのN極と2つのS極を持つ4極構造だということだ。3Dプリントされたプラスチック製モジュール枠の中には、2対の一般的なSN極マグネットが一定の間隔を置いて固定配置され、同じ極、例えばN極が互いに対面している。このため、モジュールの左右面はS極になり上下面はN極になって、4極のマグネットを構成する。一方、同じモジュールを90度回転させると、左右面がN極になり上下面がS極になる。その結果、最初のモジュールの周囲四面に、4つの90度回転したモジュールを各々配置すると、互いに引き付け合って、小さなチェス盤のように組み立てることができる。

研究チームは、1辺が約2mmのカラーモジュールを作製し、これをピクセルアートの絵文字に組み立てて、考案技術の可能性を立証した。実際的な応用展開としては、「ソフトロボット分野におけるアプリケーションを考えている」と、研究チームは語る。モジュール内部の2対のマグネットを、平行ではなく少し傾斜を持たせて配置することで、4極のマグネットの強度を調整できる。さらに、幾つかのモジュールから成るグループを、柔軟なコネクタで連結することにより、磁針のように外部磁界によりモジュールグループを整列させたり、可変な外部磁界によりモジュールグループを運動させたりすることが可能になる。

研究チームは、さらに、多次元物体に組立てることも視野に入れ、モジュールから構成される繊維から、ステントのような物体を作成することを考えている。体内に装入後、外部磁界により、この繊維を最終的な多次元的な構造に組み立てることができると期待している。

2次元形状に連結できるキューブ型4極マグネットモジュールを開発