Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений

Для инженеров, работающих над мягкой робототехникой или носимыми устройствами, сохранение легкости изделия — всегда актуальная задача: более тяжелые материалы требуют больше энергии для перемещения и — в случае носимых устройств или протезов — вызывают дискомфорт.

Эластомеры — это синтетические полимеры, которые можно изготовить с различными механическими свойствами, от жестких до растягивающихся, что делает их популярным материалом для подобного применения. Но производство эластомеров, из которых можно сформировать сложные 3D-структуры, переходящие из жестких в резиновые, до сих пор не представлялось возможным.

Эластомеры обычно отливаются таким образом, что их состав не может быть изменен во всех трех измерениях на коротких отрезках длины. Чтобы преодолеть эту проблему, мы разработали DNGE: 3D-печатные гранулированные эластомеры с двойной сетью, которые могут изменять свои механические свойства в беспрецедентной степени, — говорит Эстер Амстад, руководитель лаборатории мягких материалов в инженерной школе EPFL.

Ева Баур, аспирантка из лаборатории Амстад, использовала DNGE для печати прототипа «пальца», состоящего из жестких „костей“, окруженных гибкой „плотью“. Палец был напечатан таким образом, чтобы деформироваться заранее определенным образом, демонстрируя потенциал технологии для производства устройств, которые достаточно эластичны, чтобы сгибаться и растягиваться, но при этом достаточно тверды, чтобы манипулировать объектами.

Благодаря этим преимуществам, по мнению исследователей, DNGE могут облегчить разработку мягких приводов, датчиков и носимых устройств, не требующих тяжелых и громоздких механических соединений. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Две эластомерные сети — в два раза более универсальные

Ключ к универсальности DNGEs лежит в создании двух эластомерных сетей. Сначала из капель эмульсии «масло в воде» получают микрочастицы эластомера. Эти микрочастицы помещаются в раствор прекурсора, где они поглощают эластомерные соединения и набухают. Затем набухшие микрочастицы используются для изготовления чернил для 3D-печати, которые загружаются в биопринтер для создания нужной структуры. Прекурсор полимеризуется внутри 3D-печатной структуры, создавая вторую эластомерную сеть, которая придает жесткость всему объекту.

В то время как состав первой сети определяет жесткость структуры, вторая определяет ее прочность на излом, что означает, что обе сети могут быть настроены независимо друг от друга для достижения сочетания жесткости, прочности и усталостной прочности. Использование эластомеров вместо гидрогелей — материалов, используемых в современных подходах, — имеет дополнительное преимущество: структуры не содержат воды, что делает их более стабильными с течением времени. Кроме того, DNGE можно напечатать с помощью коммерчески доступных 3D-принтеров.

Прелесть нашего подхода в том, что его может использовать любой человек, имеющий стандартный биопринтер, — подчеркивает Амстад.

Одним из интересных потенциальных применений ДНГЭ является использование в устройствах для реабилитации, управляемых движением, где способность поддерживать движение в одном направлении, ограничивая его в другом, может быть очень полезной. Дальнейшее развитие технологии DNGE может привести к созданию протезов или даже направляющих движений для помощи хирургам. Еще одной областью применения является распознавание движений на расстоянии, например, в роботизированной уборке урожая или подводной разведке.

Амстад говорит, что Лаборатория мягких материалов уже работает над следующими шагами по созданию таких приложений, интегрируя в структуры DNGE активные элементы — такие как чувствительные материалы и электрические соединения.

Иллюстрация: © Adrian Alberola

18.04.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий

Новости компаний, релизы

Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
Ученые СПбГУ смоделировали сценарии появления таликов в вечной мерзлоте Антарктиды
Треть работодателей тратят на адаптацию одного нового сотрудника до 100 тысяч рублей
Палеонтолог СПбГУ описал новый вид динозавров-бегунов из Кемеровской области