Guy German è professore associato di ingegneria biomedica alla Binghamton University, Università statale di New York. Credito:Università di Binghamton, Università statale di New York
Sia dall'uso regolare, uso eccessivo o abuso, ogni dispositivo è destinato a sviluppare crepe ad un certo punto. Questa è solo la natura delle cose.
Le crepe possono essere particolarmente pericolose, anche se, quando si lavora con dispositivi biomedici che possono significare la vita o la morte per un paziente.
Un nuovo studio di un team di ricerca della Binghamton University utilizza la topografia della pelle umana come modello non per prevenire le crepe ma per indirizzarle nel miglior modo possibile per evitare componenti critici e facilitare le riparazioni.
Lo studio, pubblicato il 17 settembre sulla rivista Rapporti scientifici , è guidato dal professore associato di ingegneria biomedica alla Binghamton University Guy German e Ph.D. studente Cristoforo Maiorana. Per lo studio, Maiorana ha progettato una serie di membrane a strato singolo e doppio da polidimetilsilossano a base di silicone (PDMS), un materiale inerte e non tossico utilizzato nella ricerca biomedica. Incorporati negli strati ci sono minuscoli canali destinati a guidare eventuali crepe che si formano, che, quando fa parte di un dispositivo biomedico, darebbe più controllo su come si formano le crepe. I potenziali danni potrebbero aggirare le aree critiche dell'elettronica flessibile, ad esempio, aumentandone la durata funzionale.
"In questo campo relativamente nuovo di materiali iperelastici, materiali che possono davvero allungarsi, c'è stato molto lavoro, ma non nell'area del controllo delle fratture, " German ha detto. "Il controllo della frattura è stato esplorato solo in materiali più fragili".
Ciò che è particolarmente importante, Maiorana e German dissero, sta avendo PDMS come base per la membrana flessibile, poiché è noto per la sua ampia varietà di usi. Lo studio integra anche altri materiali comuni.
"Lo facciamo senza utilizzare alcun materiale esotico, "Ha detto Maiorana. "Non stiamo inventando qualche nuovo metallo o ceramica. Usiamo la gomma o modifichiamo il vetro normale per fare queste cose. Abbiamo preso questa idea di base e l'abbiamo resa funzionale".
La continua ricerca di German sulla pelle umana gli ha fatto capire che lo strato più esterno, noto come strato corneo, mostra una rete di microcanali topografici a forma di V che sembrano essere in grado di guidare le fratture alla pelle.
Questo studio è iniziato con l'idea di ricreare questo effetto in materiali non biologici. I precedenti tentativi di dirigere le microfratture hanno utilizzato mezzi più solidi, come le pellicole di rame attorno alle parti più sensibili dei componenti elettronici flessibili.
"Anche se questa membrana sembra e si sente esattamente come una normale, membrana noiosa, " Egli ha detto, "lo allunghi e puoi far deviare le crepe ad angoli di 45 gradi da dove normalmente si sarebbe rotto. Penso che sia piuttosto bello."
A causa del lungo periodo di fabbricazione delle membrane, Maiorana impiegava spesso una settimana a produrne uno e poi a farlo a pezzi in una manciata di secondi, solo per ricominciare tutto da capo con il successivo. Ha attribuito la crescente precisione della produzione additiva e la sua capacità di stampare caratteristiche sempre più piccole per rendere possibile la produzione delle membrane.
"Chris stava progettando i suoi sistemi di fabbricazione per realizzare questi substrati, "Tedesco ha detto, "perché ha dovuto stampare in 3D uno stampo e quindi utilizzare questo sistema intelligente per controllare la profondità di questi canyon nel substrato. È davvero tecnicamente impegnativo".
Maiorana ha aggiunto:"C'è un certo livello di arte in questo. Pensi che ci sia un intero processo scientifico, e c'è, ma in parte è che hai già fatto questo processo e sai come dovrebbe essere."
Questo studio, Tedesco ha detto, promuove la ricerca degli ingegneri biomedici di imparare da ciò che la natura ha già perfezionato.
"Non importa quanto sei bravo come ingegnere:ci ha pensato prima l'evoluzione, " ha detto. "L'evoluzione vince sempre."