磁性操纵具有非接触性的优点，当操纵器和目标之间存在破坏性碰撞的风险时，这尤其具有吸引力。想象一下，试图在地球大气层上方的轨道上捕捉火箭喷嘴的碎片，碎片的移动速度比子弹还快，并且不断地旋转着。目前，大约需要27000块这样的轨道碎片达到足够大的体积，才能被地球上的太空监视 络追踪，这些碎片不断威胁着活跃的航天器和卫星。如果碎片具有磁性，那么可以使用磁铁来安全地抓住物体并处理它们——但轨道碎片往往含有非常少量的或基本不含磁性材料。
磁场可用于从远处推动、拉动和转动磁性物体——该原理用于电动机以旋转电机轴。使用磁场进行复杂的运动控制也是可能的，允许在三个维度上灵活和快速地操纵磁性物体。但是，由于这些方法仅限于包含磁性材料的物体，因此它们的应用性受到局限。
鉴于此，来自美国犹他大学机械工程系的Jake J. Abbott教授课题组 告了一种允许磁铁从远处抓取非磁性物体的方法，该方法可能被清理卫星用于碎片捕获和处理，相关研究成果以题为“Dexterous magnetic manipulation of conductive non-magnetic objects”发表在最新一期《Nature》上。
Figure . 通过磁感应进行操作
交变磁场感应的电流在产生它们的导体内形成回路（称为涡流）。这些涡流回路又会产生它们自己的次级磁场。这样，变化的磁场可以将任何导体变成次级电磁铁。然后次级电磁体将对原始磁场源施加磁力。如果原始磁场是由移动或旋转的磁铁产生的，则感应力会与原始运动相反，并会减慢磁铁的运动速度。这种阻力效应被用作某些列车的被动制动系统。电磁铁产生的力还可以用于工业电机和过山车的磁力推进系统，甚至可以从称为轨道炮的先进火炮发射弹药。在这些应用中，力控制机构组件沿指定轴的运动。Jake J. Abbott教授团队已将这种方法推广到在三个维度上操纵自由移动的导电物体。
【实验方案设计】
研究展示了使用能够围绕任意轴连续偶极旋转的多个静态（就位）磁偶极场源，可以实现对导电物体的灵巧操纵。他们在数值微重力模拟中演示了六自由度（6-DOF操作）的操作，在实验微重力模拟中演示了3-DOF操作。他们在相对于旋转磁偶极子的三个规范位置表征这些球体，如图1所示。
图 1. 在相对于旋转磁偶极子的三个规范位置上的导电球体上的感应力和扭矩
为了推导出表征涡流感应力和扭矩在±z和ρ的函数，研究团队使用Ansys Maxwell软件对一系列参数进行了电磁有限元分析(FEA)模拟（图2a）。正是从该FEA中，研究团队确定了图1中所示的不可忽略的力和扭矩分量。他们确认了±z配置的预期对称性，其中力的作用是将球体推离旋转偶极子，扭矩的作用是使球体沿与ω相同的方向旋转。在ρ配置中，力的一个分量将球体推离旋转偶极子，力的另一个分量将球体推向旋转偶极子。图2b为研究团队确定的理论模型。
图 2. 力-扭矩表征的典型数值和实验结果
研究团队通过实验装置对上述模型进行了实验验证，该实验装置包括由直流(dc)电机旋转的立方NdFeB永磁体、安装在6-DOF力-扭矩传感器上的实心铜球和一个3D-印刷钉板，可以将铜球放置在三种感兴趣的配置中（图2c）。带有回归模型的结果数据的示例如图2d所示。通过比较不同配置和力-扭矩组件的实验和FEA结果时，他们发现总体趋势非常一致。
【操纵框架】
图3.在模拟微重力下灵巧地操纵铜球
【总结】
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