Robôs macios e implantes biomédicos que se reconfiguram sob demanda estão mais próximos da realidade com uma nova maneira de imprimir materiais que mudam de forma.

Rafael Verduzco e o estudante de graduação Morgan Barnes, da Brown School of Engineering, de Rice, desenvolveram um método para imprimir objetos que podem ser manipulados para assumir formas alternativas quando expostos a mudanças de temperatura. corrente elétrica ou estresse.

Os pesquisadores pensam nisso como impressão 4-D reativa. Seu trabalho foi publicado na revista American Chemical Society Materiais e interfaces aplicados ACS .

Eles relataram pela primeira vez sua capacidade de fazer estruturas de metamorfose em um molde em 2018. Mas usar a mesma química para a impressão 3-D limitou as estruturas a formas que ficavam no mesmo plano. Isso significava que nenhuma saliência ou outras curvaturas complexas poderiam ser programadas como a forma alternativa.

Superar essa limitação para desacoplar o processo de impressão da modelagem é um passo significativo em direção a materiais mais úteis, Disse Verduzco.

"Esses materiais, uma vez fabricado, vai mudar de forma autonomamente, "Disse Verduzco." Precisávamos de um método para controlar e definir essa mudança de forma. Nossa ideia simples era usar várias reações em sequência para imprimir o material e, em seguida, ditar como ele mudaria de forma. Em vez de tentar fazer tudo em uma única etapa, nossa abordagem dá mais flexibilidade no controle das formas inicial e final e também nos permite imprimir estruturas complexas. "

O desafio do laboratório era criar uma "tinta" de polímero de cristal líquido que incorporasse conjuntos mutuamente exclusivos de ligações químicas entre as moléculas. Estabelece-se a forma impressa original, e o outro pode ser definido pela manipulação física do material impresso e seco. A cura da forma alternativa sob luz ultravioleta bloqueia esses links.

Uma vez que os dois formulários programados são definidos, o material pode então se transformar para frente e para trás quando, por exemplo, é aquecido ou resfriado.

Os pesquisadores tiveram que encontrar uma mistura de polímero que pudesse ser impressa em um banho de catalisador e ainda manter sua forma original programada.

"Havia muitos parâmetros que precisávamos otimizar - a partir dos solventes e catalisadores usados, ao grau de inchaço, e fórmula de tinta - para permitir que a tinta se solidifique rapidamente o suficiente para imprimir, sem inibir a atuação da forma final desejada, "Barnes disse.

Uma limitação restante do processo é a capacidade de imprimir estruturas sem suporte, como colunas. Para fazer isso, seria necessária uma solução que gele apenas o suficiente para se sustentar durante a impressão, ela disse. Ganhar essa habilidade permitirá que os pesquisadores imprimam combinações de formas muito mais complexas.

"Trabalhos futuros irão otimizar ainda mais a fórmula de impressão e usar técnicas de impressão assistida por andaimes para criar atuadores que fazem a transição entre duas formas complexas diferentes, "Barnes disse." Isso abre a porta para a impressão de robótica suave que poderia nadar como uma água-viva, pular como um grilo ou transportar líquidos como o coração. "