Tehnologia ar putea deschide calea pentru proteze de generație următoare și electronice extensibile
Cercetătorii de la Universitatea Texas din Austin au dezvăluit o nouă tehnică de imprimare 3D care ar putea transforma modul în care inginerii și medicii proiectează dispozitive care necesită atât rezistență, cât și flexibilitate. Inspirându-se din modul în care structurile naturale, cum ar fi oasele și cartilajele, combină duritatea și maleabilitatea, echipa a dezvoltat o metodă pentru crearea de obiecte care îmbină materiale moi și dure într-o singură imprimare.
Tehnologia, detaliată în jurnalul Nature Materials, se bazează pe o rășină lichidă special formulată și un proces unic de imprimare cu lumină duală. Spre deosebire de imprimarea 3D tradițională, care produce de obicei obiecte cu proprietăți uniforme, această abordare permite plasarea precisă a regiunilor rigide și elastice în cadrul aceluiași obiect. Rezultatul este un obiect imprimat care imită geometria complexă și comportamentul mecanic întâlnite în natură.
În centrul procesului se află o rășină care răspunde diferit în funcție de culoarea luminii la care este expusă. Când rășina este iluminată cu lumină violet, se solidifică într-un material moale, cauciucat. Cu toate acestea, atunci când este expusă la lumină ultravioletă de energie mai mare, aceeași rășină se transformă într-un plastic mult mai rigid și mai durabil.
Prin controlul atent al locului și momentului în care este utilizat fiecare tip de lumină în timpul imprimării, cercetătorii pot dicta ce părți ale obiectului vor fi flexibile și care vor fi rigide.
Una dintre provocările cheie în combinarea materialelor cu proprietăți atât de diferite este asigurarea unei legături puternice la interfața unde se întâlnesc. În multe bunuri fabricate, joncțiunea dintre componentele dure și cele moi este un punct slab care poate ceda în timp.
Echipa de la UT Austin a abordat această problemă proiectând o moleculă pentru rășina lor care poartă două tipuri de grupuri reactive. Acest lucru permite celor două reacții de solidificare, declanșate de diferite lungimi de undă ale luminii, să interacționeze la nivel molecular. Acest lucru permite, de asemenea, crearea de tranziții graduale între cele două, evitând schimbările bruște care ar putea duce la eșec.
Pentru a demonstra potențialul metodei lor, cercetătorii au imprimat un model de articulație a genunchiului, prezentând „oase” rigide și „ligamente” flexibile care se mișcau lin împreună, la fel ca omologii lor biologici.
De asemenea, au fabricat un dispozitiv electronic extensibil cu un fir de aur încorporat într-o bandă care se putea îndoi și flexa în unele zone, rămânând în același timp rigidă în altele, protejând astfel circuitele.
Noul proces de imprimare nu este doar mai rapid și mai precis decât încercările anterioare de a amesteca materiale moi și dure, ci este și accesibil. Echipamentul necesar este relativ simplu și accesibil, făcându-l fezabil pentru utilizarea în laboratoare de cercetare, spitale și medii educaționale.
Acest lucru deschide ușa către o gamă largă de aplicații, de la proteze personalizate și modele chirurgicale la senzori purtabili și robotică moale. Mai multe organizații, inclusiv Departamentul Apărării al SUA, Fundația Națională pentru Știință și Fundația Robert A. Welch, au sprijinit lucrarea.
