Los organismos vivos expanden y contraen los tejidos blandos para lograr complejos, Movimientos y funciones 3-D, pero replicar esos movimientos con materiales artificiales ha demostrado ser un desafío.

Un investigador de la Universidad de Texas en Arlington publicó recientemente una investigación innovadora en Comunicaciones de la naturaleza que promete encontrar una solución.

Kyungsuk Yum, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UTA, y su estudiante de doctorado, Amirali Nojoomi, han desarrollado un proceso mediante el cual los hidrogeles 2-D pueden programarse para expandirse y contraerse de una manera controlada por el espacio y el tiempo que aplica fuerza a sus superficies, permitiendo la formación de formas y movimientos tridimensionales complejos.

Este proceso podría transformar potencialmente la forma en que se diseñan y fabrican los sistemas o dispositivos de ingeniería suave. Las aplicaciones potenciales de la tecnología incluyen robótica suave bioinspirada, músculos artificiales, que son materiales blandos que cambian de forma o se mueven en respuesta a señales externas como lo hacen nuestros músculos, y materia programable. El concepto también es aplicable a otros materiales programables.

"Estudiamos cómo los organismos biológicos utilizan tejidos blandos continuamente deformables, como los músculos, para crear formas, cambiar de forma y movernos porque estábamos interesados ​​en utilizar este tipo de método para crear estructuras dinámicas en 3-D, "Yum dijo.

Su enfoque utiliza hidrogeles que responden a la temperatura con grados locales y tasas de hinchazón y encogimiento. Esas propiedades le permiten a Yum programar espacialmente cómo los hidrogeles se hinchan o encogen en respuesta al cambio de temperatura utilizando un método de impresión 4-D de luz digital que desarrolló que incluye tres dimensiones más tiempo.

Usando este método, Yum puede imprimir múltiples estructuras 3-D simultáneamente en un proceso de un solo paso. Luego, él programa matemáticamente el encogimiento e hinchamiento de las estructuras para formar formas tridimensionales, como formas de silla de montar, arrugas y conos, y su dirección.

También ha desarrollado reglas de diseño basadas en el concepto de modularidad para crear estructuras aún más complejas, incluyendo estructuras bioinspiradas con movimientos secuenciales programados. Esto hace que las formas sean dinámicas para que puedan moverse por el espacio. También puede controlar la velocidad a la que las estructuras cambian de forma y, por lo tanto, crean complejos, movimiento secuencial, como la forma en que una raya nada en el océano.

"A diferencia de la fabricación aditiva tradicional, Nuestro método de impresión 4-D con luz digital nos permite imprimir múltiples Estructuras 3D diseñadas a medida simultáneamente. Más importante, nuestro método es muy rápido, tarda menos de 60 segundos en imprimir, y por lo tanto altamente escalable ".

"El enfoque del Dr. Yum para crear estructuras 3D programables tiene el potencial de abrir muchas vías nuevas en la robótica bioinspirada y la ingeniería de tejidos. La velocidad con la que se puede aplicar su enfoque, así como su escalabilidad, lo convierte en una herramienta única para futuras investigaciones y aplicaciones, "Dijo Meletis.

El papel de Yum, "Estructuras 3D bioinspiradas con morfologías y movimientos programables, "fue publicado en la edición del 12 de septiembre de Comunicaciones de la naturaleza .