Chodzący hydrożel spod drukarki 3D

0

Naukowcy z Rutgers University-New Brunswick prezentują drukowane w 3D hydrożelowe struktury zdolne do chwytania przedmiotów, podnoszenia ich, a także do… chodzenia pod wodą. Unikalne właściwości hydrożelowych wydruków mogą stać się przyszłością miękkiej robotyki.

Uniwersytet Rutgersa ma już niemałe doświadczenie w druku 4D z hydrożeli. Nie tak dawno temu badacze prezentowali hydrożelowe struktury zmieniające swoje właściwości po zadziałaniu odpowiednich czynników, na przykład kurcząc się w wysokich temperaturach.

Kroczące i chwytające przedmioty hydrożele wydają się być jednak o kilka poziomów zaawansowania wyżej, niż zwykłe, znane już nam drukowane w 4D obiekty. W końcu co innego zmiana rozmiarów powodowana zmieniającą się zawartością wody, a co innego faktyczny ruch naśladujący ruchy człowieka. Jak coś takiego uzyskano?

Sekret tkwi w elektroaktywnym hydrożelu, który odkształca się w odpowiedzi na pole elektryczne. Materiał ten zyskał uwagę naukowców ze względu na swoje potencjalne zastosowania, na przykład jako czynnik uruchamiający dla miękkich robotów i sztucznych mięśni. Do tej pory jednak jego możliwości pozostawały niewykorzystane ze względu na używanie „dwuwymiarowych” metod produkcji. Technologie addytywne – w tym wypadku DLP – pozwalają jednak na osiągnięcie złożonych kształtów, tym samym umożliwiając to, co wcześniej było niemożliwe.

W trakcie druku3D w technologii DLP specjalny roztwór jest poddawany działaniu światła, przez co podlega przemianie w hydrożel, który zostaje następnie zanurzony w roztworze soli. Do hydrożelowej struktury podłączane są dwie elektrody, przez które może płynąć prąd. Wydruk pod jego wpływem wygina się.

Dzięki manipulacji przepływem prądu uzyskuje się ruch obiektu. Na to, w jaki sposób wydruk będzie się wyginał, wpływa jego grubość, stężenie soli w roztworze oraz natężenie stosowanego pola elektrycznego. Działanie jest w sumie nieco podobne do sposobu, w jaki funkcjonują mięśnie szkieletowe. Rezultatem jest kilkucentymetrowy, trochę humanoidalny w swoim kształcie model, który jest w stanie chodzić w różnych kierunkach oraz chwytać i przesuwać przedmioty.

Miękkie materiały, jak omawiany elektroaktywny hydrożel, są elastyczne, podlegają miniaturyzacji i z reguły są tańsze w wytwarzaniu niż twarde materiały stosowane w robotyce. Urządzenia wykonane z ich udziałem, w porównaniu do “tradycyjnych”, okazują się łatwiejsze w produkcji i kontroli.

Nowy inteligentny hydrożel może zresztą zrewolucjonizować nie tylko robotykę – może stać się pierwszym krokiem do regeneracji i odtwarzania mięśni szkieletowych, serca, czy mięśni gładkich budujących inne narządy wewnętrzne. Inne zastosowania, takie jak nowe metody diagnostyki I dostarczania substancji leczniczych, również nie wydają się poza zasięgiem. Nic równanie nie stoi na przeszkodzie, by hydrożele wykorzystywane były poza światem medycyny– mogą stać się elementem miękkich robotów badających między innymi życie podwodne.

Źródło: 3dprint.com

Udostępnij.

O autorze

Studentka kierunku lekarskiego. Od kilku lat pośrednio związana z branżą FDM. Wbrew pozorom, pisze nie tylko o druku 3D w medycynie.