I ricercatori del College of Engineering della Carnegie Mellon University hanno creato un estrusore di fibre open source disponibile in commercio a beneficio della ricerca futura con idrogel e robotica morbida.

Come suggerisce il nome, gli idrogel iniziano in forma liquida come monomeri. Questo liquido viscoso, che può essere realizzato con materiali sintetici o naturali, dal poliestere all'alginato di sodio, può essere utilizzato come inchiostro per la stampa 3D. L'inchiostro viene prima caricato in una siringa, quindi pompato attraverso l'ago come un filamento sottile e solidificato dopo la stampa 3D per formare una struttura multidimensionale, nello stesso modo in cui Jell-O viene mescolato prima come liquido prima di trasformarsi in un morbido, dolce pieghevole. Quando gli idrogel vengono posti nell'ambiente giusto, i monomeri nel liquido si reticolano per formare polimeri, che danno forma all'idrogel e gli lasciano intrappolare l'acqua.

Potresti immaginare che questi materiali flessibili siano anche delicati, e questo è uno degli svantaggi di lavorare con idrogel per applicazioni robotiche. Per risolvere questo problema e consentire l'uso degli idrogel in una maggiore varietà di attività e ambienti difficili, Wenhuan Sun, un dottorato di ricerca. studente di ingegneria meccanica, co-consulente di Victoria Webster-Wood e Adam Feinberg, ha progettato un estrusore di fibre continue, un dispositivo che rinforza gli idrogel, in modo che non si rompano facilmente o perdano la loro forma quando vengono caricati. Feinberg, professore di ingegneria biomedica e scienza e ingegneria dei materiali, ha precedentemente creato la stampante 3D su cui sono stati testati per la prima volta gli estrusori di fibre.

L'inclusione di fibre negli idrogel durante il processo di stampa rafforza le loro proprietà meccaniche in modo che non siano così fragili. La creazione di un estrusore di fibre open source disponibile in commercio andrà a vantaggio della ricerca futura con gli idrogel. Non solo il design dell'estrusore del team è relativamente economico a circa $ 53, ma è anche compatibile con molti dispositivi di stampa 3D domestici ed è stato testato con successo in idrogel incorporati con fibre sintetiche e naturali, tra cui seta e collagene. Il documento del team, pubblicato su HardwareX , serve quasi come una formula per altri ricercatori che vogliono sperimentare la stampa 3D in idrogel incorporata in fibra.

"Questo documento descrive l'intero processo di costruzione dell'hub di stampa in fibra in modo che altre persone possano semplicemente fare riferimento al nostro lavoro e poi costruirne uno proprio senza ulteriori istruzioni", afferma Sun di come la loro ricerca sia al servizio della comunità della robotica.

Quando gli idrogel mantengono la loro integrità strutturale, possono essere applicati a una più ampia varietà di situazioni. Le loro caratteristiche uniche come flessibilità e morbidezza li rendono strumenti ideali per la somministrazione di farmaci e l'ingegneria dei tessuti, ma la robustezza fisica apre le porte a compiti più ampi nella robotica morbida. Poiché gli estrusori a fibra continua funzionano bene con materiali naturali come collagene e alginato, gli idrogel rinforzati sono destinati a diventare un materiale adattabile per robot morbidi e sono anche ecologici.

"Siamo davvero interessati a come utilizzare i materiali biodegradabili nei robot", afferma Webster-Wood, un assistente professore di ingegneria meccanica che ha fondato il Biohybrid and Organic Robotics Group. "Questi idrogel a base vegetale sono una direzione davvero interessante, perché in pratica possiamo coltivare i materiali per i robot e renderli rinnovabili". + Esplora ulteriormente

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