Los investigadores de la Universidad de Texas en Arlington han desarrollado una técnica que programa materiales 2D para transformarlos en formas 3D complejas.
El objetivo del trabajo es crear materiales sintéticos que puedan imitar cómo los organismos vivos se expanden y contraen los tejidos blandos y, por lo tanto, logran movimientos y funciones 3D complejos. La programación de láminas delgadas o materiales 2D para transformarse en formas 3D puede permitir nuevas tecnologías pararobótica blanda, sistemas desplegables y fabricación biomimética, que produce productos sintéticos que imitan procesos biológicos.
Kyungsuk Yum, profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y su equipo han desarrollado la técnica de programación de materiales 2D para la conformación 3D. Permite al equipo imprimir materiales 2D codificados con un crecimiento o contracción en el plano controlado espacialmente que puedetransformar a estructuras 3D programadas.
Su investigación, respaldada por un Premio al Desarrollo Profesional Temprano de la Fundación Nacional de Ciencias que Yum recibió en 2019, se publicó en enero de Comunicaciones de la naturaleza .
"Hay una variedad de materiales 2D en forma de 3D en los sistemas biológicos, y desempeñan diversas funciones", dijo Yum. "Los organismos biológicos a menudo logran morfologías 3D complejas y movimientos de tejidos blandos y delgados mediante el control espacial de su expansión y contracción.Los procesos biológicos nos han inspirado a desarrollar un método que programa materiales 2D con crecimiento en el plano controlado espacialmente para producir formas y movimientos 3D ".
Con esta inspiración, los investigadores desarrollaron un enfoque que puede crear de forma única estructuras 3D con morfologías y movimientos doblemente curvados, que se ven comúnmente en organismos vivos pero que son difíciles de replicar con materiales hechos por humanos.
Pudieron formar estructuras 3D con forma de automóviles, mantarrayas y rostros humanos. Para darse cuenta físicamente del concepto de programación de materiales 2D, utilizaron un método de impresión 4D de luz digital desarrollado por Yum y compartido en Nature Communications en 2018.
"Nuestro proceso de impresión 2D puede imprimir simultáneamente múltiples materiales 2D codificados con diseños personalizados individualmente y transformarlos a pedido y en paralelo a estructuras 3D programadas", dijo Amirali Nojoomi, ex estudiante de posgrado de Yum y primer autor del artículo.Desde un punto de vista tecnológico, nuestro enfoque es escalable, personalizable e implementable, y potencialmente puede complementar los métodos de impresión 3D existentes ".
Los investigadores también introdujeron el concepto de aplanamiento de cono, donde programan materiales 2D utilizando una superficie de cono para aumentar el espacio accesible de las formas 3D. Para resolver un problema de selección de formas, idearon módulos de guía de formas en la programación de materiales 2D que dirigen ladirección de la forma que se transforma hacia formas 3D específicas. Su proceso de impresión 2D flexible también puede permitir estructuras 3D multimateriales.
"La investigación innovadora del Dr. Yum tiene muchas aplicaciones potenciales que podrían cambiar la forma en que vemos los sistemas de ingeniería blanda", dijo Stathis Meletis, presidente del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Su trabajo pionero es verdaderamente innovador".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Arlington . Original escrito por Jeremy Agor. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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