I carapaci delle aragoste ispirano delle forme molte resistenti da stampare in 3d assistita elettricamente

I carapaci delle aragoste ispirano l’armatura “elettrica” che potrebbe impedire le lesioni traumatiche durante la pratica sportiva.
Alcuni  ingegneri dell’Università della California meridionale, la Viterbi School of Engineering, usano l’armatura stampata in 3D ispirata alle aragoste per prevenire lesioni sportive. L’armatura s  potrebbe essere particolarmente utile per prevenire l’encefalopatia traumatica cronica attuale spavento del football americano e non solo. Secondo uno studio pubblicato nel luglio del  Journal of the American Medical Association , l’encefalopatia cronica traumatica (CTE) è stata trovata nel 99% dei cervelli dei defunti dei NFL donati alla ricerca scientifica.

Considerate l’aragosta. Gli umani hanno  solo da poco  capito come rompere il guscio del crostaceo. Le aragoste e i gamberetti di mantis hanno quello che si chiama un guscio esterno a base di chitina, le cui fibre strutturali si allineano in spirali che ruotano costantemente. Questo allineamento della fibra “Bouligand-type” rende difficile alle piccole fessure di espandersi in più grandi, rendendo incredibilmente difficile rompere le aragoste.

E questo è esattamente quello che lo studioso post-dottorale Yang Yang di USC Viterbi ha notato mentre stava lottando con l’aragosta che stava mangiando per cena: “Pensavo forse che ci fosse una particolare struttura coinvolta che porta le chele dell’aragosta ad una resistenza all’urto molto alta” .

Ma invece di lasciare che l’esperienza rovinasse la sua esperienza   Yang decise di guardare più da vicino al guscio del crostaceo – per vedere se poteva imparare qualcosa da applicare  alla sua ricerca all’università.

Ha così scoperto che i carapace delle aragoste sono un ottimo modello per l’armatura protettiva del corpo.

Secondo Yang e colleghi, l’armatura  stampata in 3D basata sul complesso allineamento di fibre di Bouligand del carapace con l’aragosta potrebbe  in qualche modo  prevenire gravi lesioni, tra cui l’encefalopatia traumatica cronica (CTE), che risulta dalla ripetizione di colpi alla testa negli sport come il football americano e la boxe.

Il CTE è grave sia a breve che a lungo termine. Mentre nessuno vuole prendere un colpo pesante alla testa in qualsiasi circostanza, gli effetti a lungo termine della coagulazione costante possono includere la malattia di Parkinson, la perdita di memoria e molto di più. È una discussione che impera pesantemente nel football americano dopo aver negato il fatto per anni. Vedasi il film con Will Smith Concussion sul Dr. Bennet Omalu e la sua lotta perchè la malattia venisse riconosciuta.

I loro prototipi stampati in 3D hanno richiesto ai ricercatori dell’USC di utilizzare un po ‘più di una stampante 3D desktop . Il loro “processo di stampa 3D a supporto elettrico”, che può essere il primo processo di addizione per l’utilizzo di un campo elettrico per alterarne i materiali, allinea gli strati di materiale nei modi fisicamente resilienti che assomigliano a un carapace una shell di aragosta.

Le architetture biomimetiche con nanotubi di carbonio tipo Bouligand sono fabbricati con un metodo di stampa 3D a supporto elettrico. La maggiore resistenza agli urti è attribuita alla dissipazione energetica dagli strati anisotropici rotanti. Questo approccio viene utilizzato per simulare l’allineamento della fibra collagene nel menisco umano per creare un menisco artificiale rinforzato con nanotubi di carbonio allineati circonferenzialmente e radialmente.

Questa armatura   realizzata in nanotubi di plastica e carbonio con supporto elettrico, è stata quindi sottoposta a prova contro un modello simile ma non elettrizzato, con ottimi risultati per il design più innovativo.

“Il nanotubo di carbonio è una fibra microscalare, quindi fondamentalmente quando si tenta di tirarlo, hai molta fibra all’interno, quindi è rinforzato, oltre mille volte più forte della plastica” spiega Chen. “Quando si aggiungono solo nanofibre alla plastica, nel complesso si ottiene un  miglioramento della forza par a quattro volte. E se aggiungiamo e poi allineiamo le stesse nanofibre con un campo elettrico da 1000 volt, si ottieni un miglioramento della forza pari a otto volte”.

Il piano è ora quello di trasformare l’innovazionein un dispositivo più efficace per prevenire le lesioni sportive. Questo aggiornamento comporterà la realizzazione di dispositivi più grandi, mentre si sperimenteranno  anche materiali biocompatibili come gli  idrogel

I ricercatori ritengono che il loro progetto possa permettere agli atleti di avere le parti del corpo scansionate in 3D, permettendo la marcatura personalizzata in 3D.

L’innovativo processo di stampa 3D potrebbe portare anche ad altri dispositivi oltre alle protezioni del corpo: “La stampa 3D elettricamente assistita fornisce un nuovo strumento per realizzare geometrie 3D  arbitrarie a nanofibre con qualsiasi orientamento “, spiega Chen. “Oltre alle strutture rinforzate, crediamo che questa capacità produttiva offre enormi possibilità per le applicazioni nell’industria aerospaziale, meccanica e tessutale “.

La prossima volta che farete fatica a rompere una deliziosa aragosta, non siate frustrati. Basta ricordare che il guscio ultra-forte potrebbe presto proteggere i vostri eroi sportivi.

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