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(noticias nanowerk) Para los ingenieros que trabajan en robótica blanda o dispositivos portátiles, mantener la luz es un desafío constante: los materiales más pesados requieren más energía para moverse y, en el caso de dispositivos portátiles o prótesis, causan molestias. Los elastómeros son polímeros sintéticos que se pueden fabricar con una variedad de propiedades mecánicas, desde rígidas hasta dúctiles, lo que los convierte en un material popular para este tipo de aplicaciones. Pero producir elastómeros que puedan formarse en estructuras 3D complejas que van desde rígidas hasta gomosas no ha sido posible hasta ahora.
“Los elastómeros normalmente se moldean de tal manera que su composición no se puede cambiar en las tres dimensiones en escalas de longitud corta. Para resolver este problema, desarrollamos DNGE: elastómeros granulares de doble red imprimibles en 3D que pueden variar sus propiedades mecánicas en un grado sin precedentes”, dice Esther Amstad, jefa del Laboratorio de Materiales Blandos de la Facultad de Ingeniería de la EPFL.
Eva Baur, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Amstad, utilizó DNGE para imprimir un prototipo de «dedo», completo con «huesos» rígidos rodeados de «carne» flexible. El dedo fue impreso para deformarse de una manera predefinida. Esto demuestra el potencial de la tecnología para crear dispositivos que sean lo suficientemente flexibles como para doblarse y estirarse y al mismo tiempo ser lo suficientemente fuertes para manipular objetos.
Con estas ventajas, los investigadores creen que los DNGE podrían facilitar el desarrollo de actuadores, sensores y dispositivos portátiles blandos sin conexiones mecánicas pesadas y voluminosas.
La investigación fue publicada en la revista. Materiales avanzados (“Impresión 3D de elastómeros granulares de doble red con propiedades mecánicas anisotrópicas”).
Dos redes de elastómero; dos veces más versátil
La clave de la versatilidad de los DNGE reside en la construcción de dos redes de elastómeros. En primer lugar, se producen micropartículas de elastómero a partir de gotas de emulsión de aceite en agua. Estas micropartículas se colocan en una solución precursora donde absorben e hinchan compuestos elastoméricos. Luego, las micropartículas hinchadas se convierten en una tinta imprimible en 3D, que se carga en una bioimpresora para crear la estructura deseada. El precursor se polimeriza dentro de la estructura impresa en 3D, creando una segunda red de elastómero que endurece todo el objeto.
Mientras que la composición de la primera red determina la rigidez de la estructura, la segunda red determina su tenacidad a la fractura, lo que significa que las dos redes se pueden ajustar de forma independiente para lograr una combinación de rigidez, tenacidad y resistencia a la fatiga. El uso de elastómeros en lugar de hidrogeles (el material utilizado en los enfoques modernos) tiene el beneficio adicional de crear estructuras libres de agua, haciéndolas más estables con el tiempo. Además, los DNGE se pueden imprimir utilizando impresoras 3D disponibles comercialmente.
«Lo bueno de nuestro enfoque es que cualquiera que tenga una bioimpresora estándar puede utilizarla», enfatiza Amstad.
Una aplicación potencial interesante de los DNGE es en dispositivos de rehabilitación controlados por movimiento, donde la capacidad de apoyar el movimiento en una dirección y restringirlo en otra podría resultar extremadamente útil. Un mayor desarrollo de la tecnología DNGE podría conducir a prótesis o incluso guías de movimiento para ayudar a los cirujanos. Otro campo de aplicación es la detección de movimientos a distancia, por ejemplo en la recolección robótica de cultivos o en la exploración submarina.
Amstad dice que el Laboratorio de Materiales Blandos ya está trabajando en los próximos pasos para desarrollar este tipo de aplicaciones mediante la integración de elementos activos, como materiales sensibles y conexiones eléctricas, en estructuras DNGE.
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