Robot morbidi e mutaforma stampati in 3D dalla Rice University

Robot morbidi e mutaforma stampati in 3D dalla Rice University

Con una particolare formulazione del materiale di stampa, i ricercatori della Rice sono riusciti a realizzare forme complesse che possono mutare forma quando sottoposte a riscaldamento o raffreddamento

di pubblicata il , alle 18:41 nel canale Scienza e tecnologia
 

C'è un filone della ricerca industriale e accademica che da diverso tempo si concentra sulla realizzazione di piccoli dispositivi, come "soft-robot" e impianti medici, capaci di cambiare forma su richiesta: un passo avanti interessante su questo percorso è stato compiuto dai ricercatori della Brown School of Engineering della Rice University che hanno sviluppato un metodo per stampare oggetti capaci di assumere forme alternative quando sottoposti a variazioni di temperatura, correnti elettriche o forze meccaniche.

E' già dal 2018 che i ricercatori sono stati capaci di realizzare, grazie alla stampa 3D, strutture capaci di cambiare forma, ma i materiali usati per il processo di stampa hanno limitato la realizzazione a strutture che giacciono sullo stesso piano. La conseguenza è l'impossibilità di progettare elementi a cambiamento di forma che abbiano protuberanze o curvature complesse.

Con il nuovo processo, che i ricercatori chiamano stampa 4D reattiva, è stato possibile superare le limitazioni separando il processo di stampa da quello di definizione delle forme. Rafael Verduzco, professore associato di chimica e ingegneria biomolecolare per la Rice University spiega: "Questi materiali, una volta realizzati, possono cambiare forma autonomamente. Avevamo bisogno di un metodo per controllare e definire questo cambiamento di forma, La nostra idea era di usare diverse reazioni in sequenza per stampare il materiale e quindi definire le varie forme che avrebbe dovuto assumere. Invece di provare ad ottenere tutti i cambiamenti di forma in un'unica fase, il nostro approccio offre una maggior flessibilità nel controllo delle forme iniziali e finali e ci permette di stampare strutture complesse".


Lo schema mostra il processo sviluppato dalla Rice University per realizzare materiali a cambiamento di forma - Fonte: news.rice.edu

La sfida principale di questa attività di ricerca è stata la formulazione di un inchiostro di polimeri cristallini, che incorpora due serie di legami chimici mutualmente esclusivi tra le molecole. La prima serie stabilisce la forma originale stampata, mentre l'altra può essere regolato manipolando fisicamente il materiale una volta stampato e asciugatosi. La seconda forma viene quindi trattata con luce ultravioletta per bloccare i legami. Una volta che le due forme programmate vengono stailite, il materiale può trasformarsi alternativamente tra l'una e l'altra quando è raffreddato o riscaldato.

I ricercatori hanno dovuto individuare un mix di polimeri che potesse essere stampato in un bagno catalitico e mantenere la forma originariamente impostata. "Ci sono stati molti parametri che abbiamo dovuto ottimizzare, dai solventi e catalizzatori usati, alla quantità di accrescimento e alla formulazione dell'inchiostro, perché questo si solidificasse in maniera sufficientemente rapida per la stampa e, al contempo, non inibire la forma finale desiderata" ha sottolineato Morgan Barnes, ricercatrice che ha lavorato al progetto.

Il nuovo processo mostra però il fianco alla capacità di stampare strutture non supportate, come ad esempio forme a colonna. Per far ciò sarebbe necessaria una soluzione capace di gelificare quel tanto che basta per auto-supportarsi durante la stampa. Ottenere questo risultato permetterebbe ai ricercatori di stampare combinazioni di forme molto più complesse.

"Il lavoro successivo sarà quello di ottimizzare la formulazione di stampa e usare tecniche che prevedano l'uso di supporti per creare attuatori che possano mutare tra due differenti forme complesse. Questo prepara il terreno alla stampa di robot morbidi capaci di nuotare come una medusa, saltare come un grillo o trasportare fluidi come il cuore" concludono i ricercatori.

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