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(noticias nanowerk) Ingenieros y químicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y Meta han desarrollado un nuevo tipo de material impreso en 3D capaz de replicar propiedades del tejido biológico, un avance que presagia el futuro de la “humanidad expandida”.
En un artículo publicado en la revista Objeto (“One-pot Ternary Sequential Reactions for Photostructured Gradient Multimaterials”), los investigadores de LLNL y Meta describen un marco para crear una resina imprimible en 3D “one-pot” que utiliza luz para modelar gradientes de rigidez suaves para lograr los gradientes encontrados para aproximarse a la biología. , por ejemplo, donde los huesos se unen a los músculos. El marco aborda un desafío clave en el desarrollo de dispositivos portátiles más realistas: el «desajuste mecánico». Si bien el tejido natural es blando, los dispositivos electrónicos suelen estar hechos de materiales rígidos y puede resultar difícil y llevar mucho tiempo ensamblar dichos dispositivos utilizando medios tradicionales.
«Es muy difícil para los ingenieros combinar un material más blando con un material más rígido, como es común en la naturaleza», explicó el autor principal e ingeniero de LLNL, Sijia Huang. “Los ingenieros fabrican una parte rígida y una parte blanda y luego las juntan manualmente, por lo que tenemos una interfaz muy nítida que afecta las propiedades mecánicas. Este trabajo investigó si podemos diseñar gradientes mecánicos continuos de blando a rígido en un solo sistema de resina. Aquí imprimimos todo lo que vemos y solo usamos la dosis de luz para controlar el módulo”.
Huang dijo que la técnica funciona manipulando la intensidad de la luz aplicada a una resina de fotopolímero a través del proceso de impresión 3D de procesamiento de luz digital, una técnica capa por capa que puede producir rápidamente piezas utilizando luz proyectada en una resina líquida, para modular el plástico aplicado. material. Una intensidad de luz más baja da como resultado un material más blando, mientras que una intensidad de luz más alta da como resultado un material más rígido.
Para demostrar el potencial, los ingenieros de Meta utilizaron el material para imprimir en 3D una pantalla braille de bajo costo que podría usarse en un dedo y conectarse a un teléfono inteligente y una bomba de aire. Cuando el texto se transmite por teléfono, partes del dispositivo portátil se llenan de aire, lo que hace que se deforme y cree letras Braille, lo que permite a una persona ciega «leer» el texto a través del dispositivo. Para que el dispositivo funcionara, los investigadores tuvieron que variar la rigidez de un solo dispositivo para que se deformara de manera diferente cuando se bombeaba aire al interior del dispositivo, dijo Huang.
Huang, becario postdoctoral de Lawrence en el Departamento de Ingeniería de Materiales de LLNL, comenzó el proyecto en 2019 como pasante en Meta’s Reality Labs con el objetivo de desarrollar dispositivos portátiles hechos de un material que puede variar en módulo pero que puede fabricarse en una sola pieza. Trabajó en ello antes de ir a la escuela de posgrado y, después de conseguir un trabajo en LLNL gracias a la beca Lawrence, se enteró de que su antiguo gerente en Meta, coautor del artículo Thomas Wallin, había comenzado a trabajar con LLNL. Afortunadamente, Huang pudo completar el proyecto en el laboratorio.
«Lo bueno de la fabricación aditiva es que podemos crear estas estructuras imposibles, pero también estamos algo limitados en términos de propiedades de los materiales: sólo tenemos una cierta cantidad de material para elegir», dijo Huang. «Una de las primeras motivaciones fue: ‘¿Qué pasaría si tuviéramos el mismo sistema de resina y pudiéramos replicar fácilmente los sistemas de plástico diseñados simplemente ajustando la intensidad de la luz?’ Esto ahorraría a los ingenieros mucho tiempo y esfuerzo, especialmente a la hora de incorporar nuevas propiedades de materiales”.
El material se puede estirar hasta aproximadamente 200 veces sus propiedades originales y, a medida que su gradiente pasa de suave a más rígido, su dureza se multiplica por diez. Huang dijo que el material se puede adaptar a materiales absorbentes de energía, robótica blanda y dispositivos electrónicos portátiles.
«Uno de los requisitos que queremos tener en cuenta para los dispositivos portátiles es la necesidad de un material permanentemente estable», dijo Huang. “Lo que distingue a este trabajo es nuestra demostración de la estabilidad del material en condiciones ambientales y de iluminación; De hecho, exponemos nuestros materiales a luz ultravioleta (UV) para observar su comportamiento durante largos períodos de tiempo. Al utilizar técnicas de curado UV, los gradientes mecánicos tienden a disminuir con el tiempo, lo que demuestra cuán estable es nuestro material”.
“Este avance es importante porque los plásticos generalmente tienen dificultades para mantener su rendimiento durante largos períodos de tiempo, que van desde años hasta décadas, en comparación con otros materiales como los metales. Para los plásticos impresos en 3D, este es un desafío aún mayor, incluso si se pueden imprimir geometrías exquisitas imposibles”, dijo el coautor Maxim Shusteff, líder del grupo en el departamento de ingeniería de materiales. “Este artículo describe un avance significativo para los materiales poliméricos con rigidez variable y estabilidad a largo plazo. Estos resultados avanzan el enfoque de la misión de LLNL de descubrir y desarrollar nuevas vías tanto en métodos de fabricación como en materiales asociados”.
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