Según EPFLLos investigadores apuntan a la próxima generación de actuadores blandos y robots que utilizan tinta a base de elastómeros para imprimir objetos en 3D con propiedades mecánicas variables localmente, eliminando la necesidad de engorrosas conexiones mecánicas.

Para los ingenieros que trabajan en robótica blanda o dispositivos portátiles, mantener las cosas livianas es un desafío constante: los materiales más pesados ​​requieren más energía para moverse y, en el caso de dispositivos portátiles o prótesis, causan incomodidad. Los elastómeros son polímeros sintéticos que se pueden fabricar con una variedad de propiedades mecánicas, desde rígidas hasta estirables, lo que los convierte en un material popular para este tipo de aplicaciones. Pero fabricar plásticos que puedan transformarse en estructuras 3D complejas que van desde rígidos hasta gomosos no ha sido posible hasta ahora.

“Los elastómeros normalmente se moldean de manera que su composición no pueda cambiarse en tres dimensiones en escalas de longitud corta. Para superar este problema, hemos desarrollado DNGE: elastómeros granulares”, dijo Esther Amstad, directora del Laboratorio de Materiales Blandos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Pensilvania. EPFL “La doble malla imprimible en 3D puede alterar sus propiedades mecánicas en un grado sin precedentes”.

Eva Bohr, estudiante de doctorado en el laboratorio de Amstad, utilizó DNGE para imprimir un prototipo de “dedo”, completo con “huesos” rígidos rodeados de “carne” flexible. El dedo se imprimió para que se deformara de una manera predeterminada, lo que demuestra la capacidad de la tecnología para hacer dispositivos lo suficientemente flexibles como para doblarse y estirarse, sin dejar de ser lo suficientemente estables para manipular objetos.

Con estas ventajas, los investigadores creen que los DNGE podrían facilitar el diseño de actuadores blandos, sensores y dispositivos portátiles libres de uniones mecánicas pesadas y voluminosas. fue una busqueda Publicado en la revista Materiales Avanzados..

Dos veces más versátil

La clave de la versatilidad de los DNGE radica en la geometría de dos redes elásticas. En primer lugar, se producen finas partículas de elastómero a partir de gotitas de emulsión de aceite en agua. Estas finas partículas se colocan en una solución precursora, donde absorben e hinchan los compuestos elastómeros. Las micropartículas hinchadas se utilizan luego para producir tinta imprimible en 3D, que se carga en la bioimpresora para crear la estructura deseada. El material de partida se polimeriza dentro de la estructura impresa en 3D, creando una segunda red flexible que fortalece todo el cuerpo.

Mientras que la configuración de la primera red determina la rigidez de la estructura, la segunda determina la tenacidad a la fractura, lo que significa que las dos redes se pueden ajustar de forma independiente para lograr una combinación de rigidez, tenacidad y resistencia a la fatiga. El uso de elastómeros en lugar de hidrogeles, el material utilizado en los métodos más modernos, tiene la ventaja añadida de crear estructuras libres de agua, lo que las hace más estables en el tiempo. Los DNGE también se pueden imprimir utilizando impresoras 3D disponibles comercialmente.

“La belleza de nuestro enfoque es que cualquiera que tenga una bioimpresora estándar puede usarla”, dijo Amstad.

Una aplicación potencial interesante para los DNGE son los dispositivos de rehabilitación guiados por el movimiento, donde la capacidad de apoyar el movimiento en una dirección y restringirlo en otra podría resultar muy útil. Un mayor desarrollo de la tecnología DNGE podría conducir a prótesis o incluso guías de movimiento para ayudar a los cirujanos. La teledetección de movimientos, por ejemplo en la recolección de cultivos asistida por robots o en la exploración submarina, es otro campo de aplicación.

Según Amstad, el Laboratorio de Materiales Blandos ya está trabajando en los próximos pasos hacia el desarrollo de este tipo de aplicaciones mediante la incorporación de elementos activos, como materiales sensibles y conexiones eléctricas, en las estructuras DNGE.