Un gel intelligente stampato in 3D che è in grado di afferrare oggetti, spostarli e persino camminare sott’acqua

Accoppiare la stampa 3D con la tecnologia intelligente ha portato ad alcune sorprendenti innovazioni, come le parti metalliche in grado di monitorare le prestazioni delle macchine, le finestre che possono mantenere l’auto fresca sotto il sole e l’ inchiostro che può cambiare colore e forma . Ora, i ricercatori della Rutgers University-New Brunswick  hanno sviluppato un gel intelligente stampato in 3D che è in grado di afferrare oggetti, spostarli e persino camminare sott’acqua.

Ovviamente, questa nuova innovazione di Rutgers, che ha una certa esperienza con idrogel unici , ha tutti i tipi di applicazioni nel campo della robotica morbida e dei campi biomedici, tra gli altri. Ad esempio, il gel intelligente stampato in 3D potrebbe essere il primo passo per creare cuori artificiali, stomaci e altri muscoli, oltre a dispositivi per la diagnosi della malattia e il rilevamento e la somministrazione di farmaci. Potrebbe persino essere usato un giorno per eseguire ispezioni sott’acqua creando robot morbidi che imitano le creature marine.

“Il nostro gel intelligente stampato in 3D ha un grande potenziale nell’ingegneria biomedica perché ricorda i tessuti del corpo umano che contengono anche molta acqua e sono molto morbidi. Può essere utilizzato per molti diversi tipi di dispositivi subacquei che imitano la vita acquatica come il polpo “, ha detto Howon Lee , un assistente professore nel Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale dell’università .
Lee è anche l’autore senior di un nuovo studio, intitolato ” Manipolazione robotica morbida e locomozione con un idrogel elettroattivo stampato in 3D “, che è stato recentemente pubblicato su ACS Applied Materials & Interfaces riguardo a questa nuova tecnologia intelligente.

Daehoon Han, uno studente di dottorato in ingegneria meccanica e aerospaziale nella School of Graduate Studies dell’università  , è l’autore principale della pubblicazione, e i co-autori includono l’ex studente universitario Rutgers Cindy Farino; Chen Yang, studente di ingegneria meccanica e aerospaziale  Rutgers; ex Rutgers post-doc Tracy Scott; Lo studente di dottorato in ingegneria biomedica di Rutgers, Daniel Browe; Wonjoon Choi, professore associato presso la School of Mechanical Engineering della Korea University di Seoul; Joseph W. Freeman, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria biomedica di Rutgers; e Lee.

L’abstract dice: “Gli idrogel elettroattivi (EAH) che mostrano una grande deformazione in risposta ad un campo elettrico hanno ricevuto grande attenzione come potenziale materiale di azionamento per robot morbidi e muscoli artificiali. Tuttavia, la loro applicazione è stata limitata a causa dell’uso di metodi di fabbricazione tradizionali bidimensionali (2D). Qui presentiamo manipolazione robotica soft e locomozione con microstrutture EAH stampate in 3D. Grazie alla progettazione 3D e al preciso controllo dimensionale abilitato da una tecnica di stampa 3D micro con elaborazione di luce digitale (DLP), vengono raggiunte complesse attuazioni 3D di EAH. Dimostriamo attuazioni robotiche morbide tra cui la presa e il trasporto di un oggetto e una locomozione bidirezionale. ”
I materiali morbidi, come questo nuovo gel intelligente, sono flessibili, in grado di essere miniaturizzati e in genere meno costosi da produrre rispetto ai materiali duri. Se confrontati con dispositivi complessi realizzati con materiali duri, quelli fabbricati utilizzando quelli morbidi sono spesso molto più facili da progettare e controllare.

Lo studio Rutgers è incentrato sull’idrogel stampato in 3D del team di ricerca che, una volta attivato dall’elettricità, può spostarsi e persino cambiare forma.

Lee ha spiegato: “Questo studio dimostra come la nostra tecnica di stampa 3D possa espandere il design, le dimensioni e la versatilità di questo gel intelligente. La nostra tecnica di stampa 3D su microscala ci ha permesso di creare movimenti senza precedenti. ”
Gli idrogel si trovano in tutti i tipi di luoghi, come i pannolini, le lenti a contatto, Jell-O (ha un senso, dato che il dolce è sinuoso) e il corpo umano. Questi materiali unici, anche se il loro contenuto è superiore al 70% di acqua, rimarranno solidi.

Durante il processo di stampa 3D del team DLP, la luce viene proiettata su una soluzione sensibile alla luce, che diventa quindi un idrogel. Il gel viene quindi immesso in una soluzione di acqua salata nota come elettrolita, dopo di che il movimento viene attivato da due fili sottili che applicano l’elettricità … un po ‘come il mostro di Frankenstein, tenere il fulmine.

Il risultato è un idrogel da passeggio alto un pollice, vagamente umano, che dice Lee può andare avanti, invertire la rotta e afferrare e spostare oggetti. Lee ha anche spiegato che l’idrogel assomiglia a muscoli contratti, a causa del suo alto contenuto d’acqua, del materiale molle e del fatto che risponde all’elettricità. I ricercatori possono controllare la velocità con cui l’idrogel intelligente si muove cambiando le sue dimensioni – ad esempio, il gel sottile si muove più velocemente dello spessore. La forza sia del campo elettrico che della soluzione salina sono ciò che determina i movimenti di flessione del gel e lo spostamento della forma.

 

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