Los organismos vivos expanden y contraen los tejidos blandos para lograr movimientos y funciones tridimensionales complejos, pero replicar esos movimientos con materiales hechos por humanos ha demostrado ser un desafío.
Un investigador de la Universidad de Texas en Arlington publicó recientemente una investigación innovadora en Comunicaciones de la naturaleza que promete encontrar una solución.
Kyungsuk Yum, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería y Ciencia de Materiales de la UTA, y su estudiante de doctorado, Amirali Nojoomi, han desarrollado un proceso mediante el cual los hidrogeles 2-D pueden programarse para expandirse y contraerse de manera controlada en el tiempo y el espacioque aplica fuerza a sus superficies, lo que permite la formación de formas y movimientos tridimensionales complejos.
Este proceso podría transformar potencialmente la forma en que se diseñan y fabrican los sistemas o dispositivos de ingeniería suave. Las aplicaciones potenciales de la tecnología incluyen robótica suave bioinspirada, músculos artificiales, que son materiales blandos que cambian sus formas o se mueven en respuesta a señales externas como nuestrolos músculos hacen - y la materia programable. El concepto también es aplicable a otros materiales programables.
"Estudiamos cómo los organismos biológicos utilizan tejidos blandos continuamente deformables, como los músculos, para crear formas, cambiar de forma y moverse porque estábamos interesados en utilizar este tipo de método para crear estructuras dinámicas en 3D", dijo Yum.
Su enfoque utiliza hidrogeles sensibles a la temperatura con grados locales y tasas de hinchamiento y encogimiento. Esas propiedades le permiten a Yum programar espacialmente cómo los hidrogeles se hinchan o encogen en respuesta al cambio de temperatura utilizando un método de impresión 4-D con luz digital que desarrolló que incluyetres dimensiones más tiempo.
Con este método, Yum puede imprimir múltiples estructuras 3-D simultáneamente en un proceso de un solo paso. Luego, programa matemáticamente el encogimiento e hinchamiento de las estructuras para formar formas 3-D, como formas de silla de montar, arrugas y conos, ysu dirección.
También ha desarrollado reglas de diseño basadas en el concepto de modularidad para crear estructuras aún más complejas, incluidas estructuras bioinspiradas con movimientos secuenciales programados. Esto hace que las formas sean dinámicas para que puedan moverse por el espacio. También puede controlar la velocidad a la que ellas estructuras cambian de forma y, por lo tanto, crean un movimiento secuencial complejo, como la forma en que una raya nada en el océano.
"A diferencia de la fabricación aditiva tradicional, nuestro método de impresión 4-D de luz digital nos permite imprimir múltiples estructuras 3-D diseñadas a medida simultáneamente. Lo más importante es que nuestro método es muy rápido, tarda menos de 60 segundos en imprimir y, por lo tanto,altamente escalable. "
"El enfoque del Dr. Yum para crear estructuras 3D programables tiene el potencial de abrir muchas nuevas vías en la robótica bioinspirada y la ingeniería de tejidos. La velocidad con la que se puede aplicar este enfoque, así como su escalabilidad, lo convierte en una herramienta única para el futuroinvestigación y aplicaciones ", dijo Meletis.
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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