ساخت نخستین آهنربای مایع جهان

سنگ لودستون (سنگ آهن‌ربا) اکسیدآهنی است که به‌طور طبیعی وجود دارد. این سنگ نخستین ماده‌ی مغناطیسی دائمی بود که انسان آن را شناخت و چینی‌ها از آن درحدود ۲۲۰۰ سال پیش در تخته‌های غیب‌گویی استفاده می‌کردند. یونانیان باستان از این موضوع متعجب بودند که چرا آهن به آن جذب می‌شد. بازرگانان عرب آن را در کاسه‌های آب قرار می‌دادند تا راه مکه را با استفاده از علامت آهن‌ربا پیدا کنند. در عصر حاضر نیز، دانشمندان از آهن‌رباها برای خواندن و ثبت داده‌ها روی دیسک‌های سخت و ایجاد تصاویری دقیق از استخوان‌ها و سلول‌ها و حتی اتم‌ها استفاده می‌کنند.

در طول تاریخ، حقیقتی ثابت مانده بود و آن اینکه آهن‌رباها از مواد جامد ساخته می‌شوند؛ اما اگر دانشمندان بتوانند از مواد مایع نیز آهن‌ربا بسازند، چه؟ در مطالعه‌ای که به‌تازگی در مجله‌ی Science منتشر شده، هدف دانشمندان دقیقا همین موضوع بوده است. توماس راسل، دانشمند پلیمر دانشگاه ماساچوست و نویسنده‌ی اصلی مقاله می‌گوید:ما ماده‌ی جدیدی ساخته‌ایم که تمام ویژگی‌های آهن‌ربای معمولی را دارد؛ اما می‌توانیم شکل آن را تغییر و آن را برای کاربردهای مختلفی تطابق دهیم؛ زیرا مایع است. این بسیار منحصر‌به‌فرد است.

دانشمندان با استفاده از رنگی محلول در روغن توانستند چرخش آهن‌ربای مایع را در میدان مغناطیسی ببینند.

دکتر راسل و همکارانش با استفاده از چاپگر سه‌بعدی خاصی نانوذرات اکسیدآهن را درون قطرات میلی‌متری تولوئن تزریق کردند. تولوئن مایع بی‌رنگی است که در آب حل‌شدنی نیست. همچنین، پژوهشگران ماده‌ای صابون‌مانند را به قطرات افزودند و سپس آن‌ها را در آب معلق کردند. ماده‌ی صابون‌مانند موجب می‌شود نانوذرات اکسیدآهن همراه هم در سطح قطرات جمع و پوسته‌ای شبه‌جامد تشکیل شود. به‌گفته‌ی راسل، ذرات همچون ترافیک در ساعات شلوغ در محل گیر می‌کردند. سپس دانشمندان قطرات را روی صفحه‌ای متحرک با آهن‌ربای میله‌ای چرخان قرار دادند و پدیده‌ای غیرعادی را شاهد بودند:

آهن‌ربای جامد موجب شد قطب‌های مثبت و منفی آهن‌رباهای مایع از میدان معناطیسی خارجی تبعیت کند و رقص قطرات روی صفحه را باعث شود؛ اما وقتی آهن‌ربای جامد برداشته شد، قطرات خاصیت مغناطیسی خود را حفظ کرده بودند. راسل گفت:ما تقریبا نمی‌توانستیم آن را باور کنیم.

البته در دهه‌ی ۱۹۶۰، دانشمندانی از ناسا کشف کردند که برخی از مایعات در حضور میدان مغناطیسی قوی خاصیت آهن‌ربایی پیدا می‌کنند؛ اما این مایعات که با عنوان فرو-سیال شناخته می‌شوند، به‌محض اینکه میدان مغناطیسی خارجی قوی‌تر برداشته شود، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهند. درمقابل، قطرات ایجادشده به‌وسیله‌ی راسل و گروهش آهن‌ربا می‌شود و به‌‌دلیل پوسته‌ی نانوذراتی که درون امولسیون صابون شکل می‌گیرد، به‌همان صورت باقی می‌ماند و با اندک انرژی شکل آن‌ها می‌تواند تغییر کند.

علاوه‌براین، حرکت قطرات مایع می‌تواند با استفاده از آهن‌رباهای خارجی هدایت شود. بدین‌ترتیب، آهن‌رباهای مایع می‌تواند برای تحویل دارو به بخش‌های خاصی از بدن و برای ایجاد ربات‌های نرم مفید باشد که بتواند حرکت کند و تغییر شکل یابد یا چیزها را بگیرد. دکتر راسل گفت:

امیدواریم این یافته‌ها افراد را قادر سازد که گامی به عقب بردارند و درباره‌ی کاربردهای جدید آهن‌رباهای مایع فکر کنند؛ زیرا تاکنون دانشمندان علم مواد تصور نمی‌کردند که اصلا چنین چیزی ممکن باشد.