Cada ferramenta humana complexa, da primeira lança ao smartphone mais recente, continha vários materiais encaixados, amarrado, parafusado, colados ou soldados juntos. Mas a próxima geração de ferramentas, de robôs macios autônomos a wearables flexíveis, será macio. Combinar vários materiais macios em uma máquina complexa requer uma caixa de ferramentas inteiramente nova - afinal, não existe parafuso macio.

Os métodos atuais para combinar materiais macios são limitados, depender de colas ou tratamentos de superfície que podem restringir o processo de fabricação. Por exemplo, não faz muito sentido aplicar cola ou realizar tratamento de superfície antes que cada gota de tinta caia durante uma sessão de impressão 3D. Mas agora, pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson desenvolveram um novo método para ligar quimicamente vários materiais macios independentemente do processo de fabricação. Em princípio, o método pode ser aplicado em qualquer processo de fabricação, incluindo, mas impressão 3D e revestimento. Essa técnica abre portas para a fabricação de máquinas macias mais complexas.

A pesquisa é publicada em Nature Communications .

"Essa técnica nos permite ligar vários hidrogéis e elastômeros em vários processos de fabricação sem sacrificar as propriedades dos materiais, "disse Qihan Liu, um pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor do artigo. "Esperamos que isso abra caminho para a rápida prototipagem e produção em massa de dispositivos biomiméticos de software para a saúde, moda e realidade aumentada. "

Os pesquisadores se concentraram nos dois blocos de construção mais usados ​​para dispositivos soft, hidrogéis (condutores) e elastômeros (isoladores). Para combinar os materiais, a equipe misturou agentes de acoplamento químico nos precursores de hidrogéis e elastômeros. Os agentes de acoplamento parecem mãos moleculares com pequenas caudas. À medida que os precursores se formam em redes materiais, a cauda dos agentes de acoplamento se liga às redes de polímero, enquanto a mão permanece aberta. Quando o hidrogel e o elastômero são combinados no processo de fabricação, as mãos livres alcançam o limite do material e tremem, criando ligações químicas entre os dois materiais. O tempo do "aperto de mão" pode ser ajustado por vários fatores, como temperatura e catalisadores, permitindo diferentes quantidades de tempo de fabricação antes que a colagem aconteça.

Os pesquisadores mostraram que o método pode unir duas peças de materiais fundidos como a cola, mas sem aplicar uma camada de cola na interface. O método também permite o revestimento e a impressão de diferentes materiais macios em diferentes sequências. Em todos os casos, o hidrogel e o elastômero criaram um forte, ligação química de longa duração.

“A fabricação de dispositivos flexíveis envolve várias maneiras de integrar hidrogéis e elastômeros, incluindo anexo direto, elenco, Revestimento, e impressão, "disse Canhui Yang, um pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor do artigo. "Considerando que todo método atual permite apenas dois ou três métodos de fabricação, nossa nova técnica é versátil e possibilita todas as várias maneiras de integrar materiais. "

Os pesquisadores também demonstraram que os hidrogéis - que como o nome indica são principalmente água - podem ser resistentes ao calor em altas temperaturas usando um revestimento colado, estender a faixa de temperatura que o dispositivo à base de hidrogel pode ser usado. Por exemplo, um dispositivo vestível à base de hidrogel agora pode ser passado sem ferver.

"Várias descobertas recentes mostraram que os hidrogéis podem habilitar dispositivos elétricos muito além do que se imaginava, "disse Zhigang Suo, Allen E. e Marilyn M. Puckett Professor de Mecânica e Materiais na SEAS e autor sênior do artigo. "Esses dispositivos imitam as funções do músculo, pele, e axônio. Como circuitos integrados em microeletrônica, esses dispositivos funcionam integrando materiais diferentes. Este trabalho permite uma forte adesão entre materiais macios em vários processos de fabricação. É concebível que materiais macios integrados permitirão telas e touchpads semelhantes a spandex que podem ser usados, lavagem, e ferro. "