Los robots blandos y los implantes biomédicos que se reconfiguran a sí mismos a pedido están más cerca de la realidad con una nueva forma de imprimir materiales que cambian de forma.

Rafael Verduzco y el estudiante graduado Morgan Barnes de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice desarrollaron un método para imprimir objetos que se pueden manipular para que adopten formas alternativas cuando se exponen a cambios de temperatura. corriente eléctrica o estrés.

Los investigadores piensan en esto como una impresión 4-D reactiva. Su trabajo aparece en la revista American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados de ACS .

Primero informaron su capacidad para hacer estructuras morphing en un molde en 2018. Pero usando la misma química para la impresión 3D de estructuras limitadas a formas que se sentaban en el mismo plano. Eso significaba que no se podían programar protuberancias u otras curvaturas complejas como forma alternativa.

Superar esa limitación para desacoplar el proceso de impresión del modelado es un paso significativo hacia materiales más útiles, Dijo Verduzco.

"Estos materiales, una vez fabricado, cambiará de forma de forma autónoma, ", Dijo Verduzco." Necesitábamos un método para controlar y definir este cambio de forma. Nuestra idea simple era usar múltiples reacciones en secuencia para imprimir el material y luego dictar cómo cambiaría de forma. En lugar de intentar hacer todo esto en un solo paso, nuestro enfoque brinda más flexibilidad para controlar las formas iniciales y finales y también nos permite imprimir estructuras complejas ".

El desafío del laboratorio fue crear una "tinta" de polímero de cristal líquido que incorpore conjuntos mutuamente excluyentes de enlaces químicos entre moléculas. Uno establece la forma impresa original, y el otro se puede configurar manipulando físicamente el material impreso y secado. El curado de la forma alternativa bajo luz ultravioleta bloquea esos enlaces.

Una vez configurados los dos formularios programados, el material puede transformarse hacia adelante y hacia atrás cuando, por ejemplo, se calienta o enfría.

Los investigadores tuvieron que encontrar una mezcla de polímeros que pudiera imprimirse en un baño de catalizador y que aún conservara su forma programada original.

"Había muchos parámetros que teníamos que optimizar, desde los solventes y catalizadores usados, al grado de hinchazón, y fórmula de tinta:para permitir que la tinta se solidifique lo suficientemente rápido para imprimir sin inhibir la actuación de la forma final deseada, "Dijo Barnes.

Una limitación restante del proceso es la capacidad de imprimir estructuras no compatibles, como columnas. Hacerlo requeriría una solución que gelifica lo suficiente para sostenerse durante la impresión, ella dijo. Obtener esa capacidad permitirá a los investigadores imprimir combinaciones de formas mucho más complejas.

"El trabajo futuro optimizará aún más la fórmula de impresión y utilizará técnicas de impresión asistidas por andamios para crear actuadores que hagan la transición entre dos formas complejas diferentes, ", Dijo Barnes." Esto abre la puerta a la impresión de robótica suave que podría nadar como una medusa, saltar como un grillo o transportar líquidos como el corazón ".