Os organismos vivos expandem e contraem os tecidos moles para atingir complexos, Movimentos e funções 3-D, mas replicar esses movimentos com materiais feitos pelo homem provou ser um desafio.

Um pesquisador da Universidade do Texas em Arlington publicou recentemente uma pesquisa inovadora em Nature Communications que mostra a promessa de encontrar uma solução.

Kyungsuk Yum, professor assistente do Departamento de Engenharia e Ciência de Materiais da UTA, e seu aluno de doutorado, Amirali Nojoomi, desenvolveram um processo pelo qual os hidrogéis 2-D podem ser programados para expandir e encolher de uma forma controlada no espaço e no tempo que aplica força às suas superfícies, permitindo a formação de formas e movimentos 3D complexos.

Esse processo pode transformar potencialmente a maneira como os dispositivos ou sistemas de engenharia flexível são projetados e fabricados. As aplicações potenciais para a tecnologia incluem robótica suave com bioinspiração, músculos artificiais - que são materiais macios que mudam de forma ou se movem em resposta a sinais externos como nossos músculos fazem - e matéria programável. O conceito também se aplica a outros materiais programáveis.

"Estudamos como os organismos biológicos usam tecidos moles continuamente deformáveis, como os músculos, para criar formas, mudar de forma e mover porque estávamos interessados ​​em usar este tipo de método para criar estruturas 3-D dinâmicas, "Yum disse.

Sua abordagem usa hidrogéis sensíveis à temperatura com graus locais e taxas de inchaço e encolhimento. Essas propriedades permitem que Yum programe espacialmente como os hidrogéis aumentam ou diminuem em resposta à mudança de temperatura usando um método de impressão digital 4-D que ele desenvolveu, que inclui três dimensões mais o tempo.

Usando este método, Yum pode imprimir várias estruturas 3-D simultaneamente em um processo de uma etapa. Então, ele programa matematicamente o encolhimento e o inchaço das estruturas para formar formas 3-D, como formas de sela, rugas e cones, e sua direção.

Ele também desenvolveu regras de design baseadas no conceito de modularidade para criar estruturas ainda mais complexas, incluindo estruturas bioinspiradas com movimentos sequenciais programados. Isso torna as formas dinâmicas para que possam se mover no espaço. Ele também pode controlar a velocidade com que as estruturas mudam de forma e, assim, criam complexos, movimento sequencial, por exemplo, como uma arraia nada no oceano.

"Ao contrário da manufatura aditiva tradicional, nosso método de impressão digital light 4-D nos permite imprimir vários, estruturas 3-D personalizadas simultaneamente. Mais importante, nosso método é muito rápido, levando menos de 60 segundos para imprimir, e, portanto, altamente escalonável. "

"A abordagem do Dr. Yum para a criação de estruturas 3-D programáveis ​​tem o potencial de abrir muitos novos caminhos na robótica bioinspirada e na engenharia de tecidos. A velocidade com que sua abordagem pode ser aplicada, bem como sua escalabilidade, o torna uma ferramenta única para pesquisas e aplicações futuras, "Meletis disse.

Papel de Yum, "Estruturas 3D bioinspiradas com morfologias e movimentos programáveis, "foi publicado na edição de 12 de setembro de Nature Communications .