論文の概要: Muscle-inspired magnetic actuators that push, pull, crawl, and grasp
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.18090v1
- Date: Mon, 20 Apr 2026 11:05:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-21 21:52:52.823999
- Title: Muscle-inspired magnetic actuators that push, pull, crawl, and grasp
- Title（参考訳）: 筋肉にインスパイアされた磁気アクチュエーターは、押し、引っ張り、うねり、つかむ
- Authors: Muhammad Bilal Khan, Florian Hofmann, Kilian Schäfer, Matthias Lutzi, Oliver Gutfleisch,
- Abstract要約: 次世代適応型ソフトロボットには大きな変形、荷重軸受、多機能運動が可能な機能的磁性複合材料が不可欠である。
熱可塑性/永久磁石ポリウレタン/Nd2Fe14B複合材料を添加して作製した筋肉誘発磁気アクチュエータ(MMA)について報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1957338076370071
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Functional magnetic composites capable of large deformation, load bearing, and multifunctional motion are essential for next-generation adaptive soft robots. Here, we present muscle-inspired magnetic actuators (MMA), additively manufactured from a thermoplastic/permanent magnet polyurethane/Nd2Fe14B (TPU/MQP-S) composite using laser powder bed fusion (LPBF). By tuning the laser-energy scale between 1.0 and 3.0, both mechanical stiffness and magnetic response are precisely controlled: the tensile strength increases from 0.28 to 0.99 MPa while maintaining 30-45% elongation at break. This process enables the creation of 0.5 mm-thick flexural hinges, which reversibly bend and fold under moderate magnetic fields without damage. Two actuator types are reported showing the system versatility. The elongated actuator with self-weight of 1.57 g, magnetized in its contracted state, achieves linear contraction under a 500 mT field, lifting 50 g (32x its own weight) and sustaining performance over at least 50 cycles. Equipped with anisotropic frictional feet, it supports movement of a magnetic crawling robot that achieves up to 100% locomotion success on textured substrates. The expandable actuator exhibits reversible opening and closing under a 300 mT field, reliably grasping and releasing different objects, including soft berries and rigid 3D printed geometries. It can also anchor in a tube while holding suspended 50 g loads. This work demonstrates a LPBF-based strategy to program both stiffness and magnetization within a single material system, enabling remotely driven, reconfigurable, and fatigue-resistant soft actuators. The approach opens new possibilities for force controlled, multifunctional magnetic soft robots for adaptive gripping, locomotion, and minimally invasive manipulation of biomedical tools.
- Abstract（参考訳）: 次世代適応型ソフトロボットには大きな変形、荷重軸受、多機能運動が可能な機能的磁性複合材料が不可欠である。
本稿では, 熱可塑性/永久磁石ポリウレタン/Nd2Fe14B (TPU/MQP-S) 複合材料をレーザー粉体融合 (LPBF) で添加した筋肉誘発磁気アクチュエータ (MMA) について述べる。
レーザーエネルギースケールを1.0から3.0に調整することにより、機械的剛性と磁気応答の両方を正確に制御し、引張強度は破壊時に30-45%の伸長を維持しながら0.28から0.99MPaに増加する。
このプロセスにより0.5mm厚の曲げヒンジが作成でき、損傷を受けずに中程度の磁場下で可逆的に曲げられる。
システムの汎用性を示す2つのアクチュエータタイプが報告されている。
自重1.57gの細長いアクチュエータは、収縮した状態で磁化され、500mTの磁場下で線形収縮し、50g(自重の32倍)を持ち上げ、少なくとも50サイクル以上の性能を維持する。
異方性摩擦脚を備えたこのロボットは、テクスチャ化された基板上で最大100%の移動成功を達成する磁気クローリングロボットの移動をサポートする。
伸縮可能なアクチュエータは、300mTフィールドの下を可逆的に開閉し、ソフトベリーや硬質3Dプリントジオメトリーなどの異なる物体を確実に掴んで放出する。
また、吊り下げられた50gの荷物を持ちながら、チューブに固定することもできる。
この研究は、単一材料システム内で硬さと磁化の両方をプログラムするためのPBFベースの戦略を示し、遠隔操作、再構成可能、耐疲労性のあるソフトアクチュエータを可能にする。
このアプローチは、適応グリップ、移動、バイオメディカルツールの最小侵襲操作のための、力制御された多機能磁気ソフトロボットの新しい可能性を開く。
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