Un team di ingegneri della Rutgers University-New Brunswick ha creato a gel intelligente 3D simile a un umano che può camminare sott'acqua e afferrare e spostare oggetti.

Questa nuova tecnologia potrebbe portare allo sviluppo di robot morbidi in grado di simulare la capacità di un polipo di camminare sott'acqua e di imbattersi nelle cose senza causare danni.

Inoltre, il gel intelligente potrebbe essere utilizzato per la creazione di muscoli artificiali nel cuore e nello stomaco, nonché per diagnosticare malattie, rilevare e somministrare farmaci e svolgere ispezioni subacquee.

Lo studio è pubblicato online in Materiali e interfacce applicate ACS.

Come funziona?

I ricercatori hanno sviluppato un sistema per l'idrogel elettroattivo 3D-print, un materiale solido costituito da circa 70% di acqua che può cambiare e spostarsi quando attivato dall'elettricità.

Durante il processo di stampa, i ricercatori proiettano la luce su una soluzione sensibile alla luce che diventa un gel. Quindi, collocano il gel in un elettrolito, o soluzione salina, e applicano l'elettricità attraverso due fili sottili.

L'elettricità innesca il movimento come camminare in avanti, camminare all'indietro, afferrare e spostare oggetti, mentre la velocità viene controllata cambiando le sue dimensioni. Ad esempio, sottile è più veloce di spessore.

Inoltre, il gel può piegarsi o cambiare forma a seconda della forza della soluzione elettrolitica e del campo elettrico.

"Questo studio dimostra come la nostra tecnica di stampa 3D possa espandere il design, le dimensioni e la versatilità di questo gel intelligente" Howon Lee, un assistente professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale (MAE) e autore senior dello studio, ha detto in una dichiarazione.

"La nostra tecnica di stampa su microscala 3D ci ha permesso di creare movimenti senza precedenti."

Applicazioni future

Materiali morbidi come l'idrogel sono in genere flessibili, meno costosi da produrre rispetto ai materiali duri e hanno il potenziale per essere miniaturizzati.

Fino ad ora, tuttavia, la precedente ricerca sugli idrogel è stata limitata a causa della sua bidimensionalità.

La capacità del team Rutger di idrogeno con stampa 3D ha aperto la porta a maggiori possibilità.

"Poiché la nostra tecnica di stampa 3D offre la possibilità di creare strutture 3D complesse, possiamo ottenere attuazioni più complesse e diversificate," ha affermato Daehoon Han, uno studente di dottorato Rutgers MAE e autore principale dello studio.

"Inoltre, possiamo controllare con precisione lo spessore dell'attuatore con il nostro sistema di stampa 3D, che ci consente di controllare la velocità di attuazione. "

Attualmente, l'idrogel stampato 3D di dimensioni più grandi che i ricercatori hanno creato è alto due centimetri e largo un centimetro.

I ricercatori ritengono che saranno in grado di modificare le dimensioni e la forma della struttura per una serie di applicazioni, tra cui l'ingegneria biomedica e la creazione di robot soft.

"La nostra tecnica di stampa 3D e la conoscenza del gel ci consentiranno di creare e controllare vari tipi di attuatori di gel che sono difficili da fabbricare con i tradizionali metodi di fabbricazione bidimensionale (2D)", ha affermato Han.

"Inoltre, il gel ricorda i tessuti umani che contengono anche molta acqua e sono molto morbidi. Pertanto, gli attuatori di gel fabbricati con la nostra tecnica potrebbero essere ampiamente utilizzati in vari campi, tra cui la robotica morbida e le applicazioni biomediche. "