Mechanics of Elastic Materials in Electromagnetic Fields

Abstract

Magnetoreologické elastomery (MRE) jsou kompozity složené z magneticky aktivních částic rozptýlených v elastomerních matricích, které umožňují měnit mechanické vlastnosti a stavy vlivem vnějšího magnetického pole. Tato disertační práce zkoumá MRE pro soft-robotická zařízení a zabývá se vztahem mezi elasticitou materiálu a působící magnetickou silou. Studie materiálů porovnává magneticky měkká (např. karbonylové železo, Fe-Si) a tvrdá (např. NdFeB, ferity) plnění a hodnotí jejich vliv na mechanické a magnetické vlastnstosti. Experimentální část zkoumá vliv topologie MRE a výrobu tenkých vrstev pomocí spin-coatingu se zachováním flexibility při vysokém plnění částicemi, a vyvíjí multikomponentní elastomery kombinující magneticky tvrdá a měkká plnění k dosažení laditelné hystereze a vnějším polem ovladatelné remanentní indukce. Aplikace jsou demonstrovány prostřednictvím magneticky ovládaných peristaltických čerpadel v makro- a mikro-měřítku, podporovaných simulacemi metody konečných prvků a experimentálním ověřením. Výzkum přispívá k současným znalostem o MRE a zavádí nové koncepty, které přispívají k vývoji kompaktních, efektivních a plně měkkých robotických systémů. Hlavní přínos této disertační práce pro širší výzkumnou komunitu spočívá v analýze materiálů, která poskytuje jak metodologické know-how, tak systematicky změřené vlastnosti MRE. Originálním výsledkem je koncept elektropermanentních elastomerů a elektropermanentních slitin, které představují nejnovější výsledky tohoto výzkumu a budou tvořit základ pro další výzkumné studie.