En un estudio publicado en Materiales aplicados hoy , Investigadores de Singapur han desarrollado la gama más amplia de resinas híbridas de silicona y epoxi para la impresión 3D de dispositivos portátiles. equipo biomédico, y robótica blanda. La gama de materiales sintonizables con clasificación funcional, que muestra más de cinco órdenes de magnitud de módulo elástico, demostró una excelente tenacidad interfacial, mayor precisión en estructuras complejas y mejor control de fabricación para la integración de componentes mecatrónicos.

El equipo multidisciplinario de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) destacó el problema del potencial de la robótica blanda limitada en su robustez y aplicabilidad en su artículo, "Resinas híbridas de silicona / epoxi con propiedades mecánicas e interfaciales ajustables para la fabricación aditiva de robots blandos".

Por ejemplo, la integración de componentes mecatrónicos como placas de circuito impreso (PCB), sensores, baterías guarniciones neumáticas, cables y bombas, en cuerpos blandos y compuestos sigue siendo un desafío, mientras que la complejidad del diseño y el control de la fabricación se ven obstaculizados por los enfoques tradicionales de moldeo y fundición utilizados para la integración.

Para abordar estas limitaciones, El equipo desarrolló una nueva gama de híbridos de polímeros que pueden exhibir una amplia gama de características mecánicas desde muy suaves a muy rígidas para su uso en robótica blanda y un ensamblaje más fácil en componentes tradicionales de mecatrónica dura, respectivamente. Los híbridos de polímeros muestran una excelente tenacidad y compatibilidad química para soportar grandes esfuerzos, y ser procesable mediante escritura con tinta directa para permitir la fabricación digital avanzada de estructuras complejas.

La gama de nuevos híbridos silicona-epoxi se componía de elastómeros blandos catalizados por platino y resinas epoxi duras curadas con endurecedores de anhídrido ácido. La elección de anhídridos de ácido en lugar de los endurecedores a base de aminas de uso común permitió una compatibilidad química sin precedentes entre las fases de silicona y epoxi. y también permitió un ajuste preciso de las características mecánicas e interfaciales al variar sus composiciones.

La familia resultante de híbridos mostró más de cinco órdenes de magnitud de módulo elástico, que van desde 22 kPa a 1,7 GPa, que es probablemente el rango más grande reportado para materiales sintonizables con clasificación funcional. Los compuestos con composición compacta exhiben una excelente tenacidad interfacial de 0,8 a 3,0 kJ m ^-2 , permitiendo interfaces robustas entre cuerpos blandos y una amplia gama de componentes mecatrónicos tradicionales. La adición de modificadores reológicos, en este caso, nanoarcillas de laponita:las formulaciones para entintar permitieron la fabricación aditiva de complejas estructuras compuestas tridimensionales (consulte la imagen y el video).

Las ventajas de esta nueva familia de híbridos se demostraron a través de cuatro ejemplos principales. Primero, Se integró un PCB a una membrana blanda que se podía estirar más del 200% sin mostrar ningún daño interfacial. Segundo, una articulación del dedo se reprodujo con éxito a partir de modelos anatómicos, con integración robusta de hueso, en forma de tendón y estructuras similares a ligamentos. Luego, Se detalló la estructura y desempeño de los actuadores neumáticos reforzados con deformaciones axiales sintonizables. Finalmente, Se informó de una estructura de ala inspirada en los murciélagos capaz de soportar dinámicas rápidas y grandes deformaciones por flexión.

Los rendimientos en estos ejemplos solo se pudieron lograr debido al enfoque de fabricación avanzado que permitió la combinación robusta de materiales a múltiples escalas y altas resoluciones que los enfoques tradicionales de fundición o moldeo no podían lograr.

"Los hallazgos y la comprensión derivados de este trabajo, en la interfaz de la química, física, e ingeniería, representan una contribución sustancial a la ingeniería de materiales, especialmente cuando se aplica a la robótica blanda. Nuestros enfoques de fabricación avanzados facilitan combinaciones de materiales robustas a múltiples escalas y altas resoluciones, lo que permite aplicaciones novedosas en una amplia gama de sectores clave. como wearables, cuidado de la salud, y más específicamente robótica blanda, "dijo el investigador principal, profesor asistente Pablo Valdivia y Alvarado del programa de Desarrollo de Productos de Ingeniería de la SUTD.