MIT prowadzi badania nad drukowanymi przestrzennie strukturami z pamięcią kształtu z wykorzystaniem… makaronu

MIT, uczelnia od lat plasująca się na najwyższych miejscach w rankingach szkół wyższych, opublikowała wyniki prac badawczych dotyczących użycia druku przestrzennego w produkcji… makaronu! Zaskakujące rezultaty przeprowadzonych testów i doświadczeń rzucają nowe światło na sposób wytwarzania materiałów zmieniających swój kształt w wyniku zmiany środowiska – temperatury, wilgotności czy odczynu pH.

Opracowana przez naukowców polega na zmianie kształtu jadalnych, dwuwymiarowych arkuszy w przestrzenne struktury o skomplikowanej geometrii. Twórcy twierdzą, że ich odkrycie nie jest tylko mało znaczącą ciekawostką, ale może zainspirować producentów żywności, pozwalając na znaczną oszczędność przestrzeni wewnątrz opakowań. Proste obliczenia wykazały, że każdą paczkę klasycznego makaronu w 2/3 wypełnia powietrze – zastosowanie metody mogłoby znacznie zmniejszyć koszty transportu oraz magazynowania. Mimo, że stworzona przez naukowców metoda wydaje się być wyjątkowo złożonym procesem, to tak na prawdę opiera się o zauważanie prostej zależności, dającej niesamowite efekty.

Wykorzystywana do badań żelatyna jest jedną z popularniejszych substancji wykorzystywanych m.in. w masowej produkcji żywności czy leków. Wśród jej najistotniejszych cech charakterystycznych, oprócz właściwości żelujących, jest możliwość absorbowania wilgoci z otoczenia, zwiększająca tym samym swoją objętość. Stosunkowo łatwa dostępność szerokiego wachlarza materiałów żelatynowych o różnych masach cząsteczkowych i źródłach pochodzenia sprawiła, że to właśnie ta substancja stała się obiektem badań naukowców.

Sekretem przygotowywania dwuwarstwowych arkuszy materiału okazało się właściwy pokrycie żelatyną obu strony struktury, jednak przy zachowaniu różnych gęstości materiału. Naukowcom udało się zaobserwować, że ten parametr odgrywa kluczową rolę podczas zmiany kształtu żelatynowego płatka, który zawsze „zwija się” w stronę powierzchni o mniejszej ilości warstw i mniejszej gęstości.

Dla jak najwyższej kontroli kształtu przygotowanych struktur nad górną warstwą żelatyny zostały nadrukowane przestrzennie paski jadalnej celulozy, działające niczym bariera kontrolująca ekspozycję żelatyny na działanie wody. Właśnie ten etap cyklu tworzenia, w którym drukowano 3D coraz to bardziej skomplikowane geometrie dał naukowcom świadomość, że mogą znacznie bardziej ingerować w zmiany kształtu elementów.

Dzięki specjalistycznemu symulatorowi opierającemu się na analizie mechanicznej kształtów badacze potrafili „zaprogramować” dokładny kąt zagięcia elementu a także całościową geometrię struktury. W wyniku niezliczonej ilości testów laboratoryjnych udało się stworzyć bazę potencjalnych wzorców i ich właściwości fizycznych, dając tym samym możliwość wielokrotnego odtworzenia dowolnego kształtu.

Pojawiły się również pierwsze głosy dotyczące komercjalizacji całego projektu – według wstępnych założeń klienci mogliby za pomocą platformy internetowej połączonej z opracowana bazą danych projektować własne produkty, a następnie otrzymywać je za pośrednictwem kuriera. Jednak czy kuriozalny projekt ma szansę na znalezienie swoich zwolenników?

Źródło : 3ders.com, delivery.acm.org, 3dprintingbusiness.directory