Una investigación pionera ha dado respuesta al desafío de crear hidrogeles capaces de reproducir artificialmente movimientos tan complejos como los que caracterizan a los seres vivos.
Kyungsuk Yum, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Texas en Arlington, y su estudiante de doctorado, Amirali Nojoomi, han desarrollado un proceso mediante el cual los hidrogeles 2-D pueden programarse para expandirse y contraerse en espacio y tiempo, aplicando fuerza de forma controlada a sus superficies, lo que permite crear formas y movimientos tridimensionales complejos.
Este proceso podría potencialmente transformar la forma en que los sistemas o dispositivos de ingeniería son diseñados y fabricados. Las posibles aplicaciones de la tecnología incluyen la robótica blanda bioinspirada, los músculos artificiales (que son materiales blandos que cambian de forma o se mueven en respuesta a señales externas como lo hacen nuestros músculos) y la materia programable. El concepto también es aplicable a otros materiales programables.
“Estudiamos cómo los organismos biológicos usan tejidos blandos deformables continuamente, como los músculos, para hacer formas, cambiar de forma y moverse, porque estábamos interesados en utilizar este tipo de método para crear estructuras dinámicas en 3-D”, dijo Yum.
Su enfoque utiliza hidrogeles sensibles a la temperatura con grados locales y tasas de hinchamiento y contracción. Esas propiedades le permiten a Yum programar espacialmente cómo se hinchan o encogen los hidrogeles en respuesta al cambio de temperatura usando un método de impresión digital en 4-D ligero que desarrolló, y que incluye tres dimensiones más tiempo.
Usando este método, Yum puede imprimir múltiples estructuras tridimensionales simultáneamente en un proceso de un solo paso. Luego, programa matemáticamente el encogimiento y la hinchazón de las estructuras para formar formas tridimensionales, como formas de silla, arrugas y conos, y su dirección.
También ha desarrollado reglas de diseño basadas en el concepto de modularidad para crear estructuras aún más complejas, incluidas estructuras bioinspiradas con movimientos secuenciales programados. Esto hace que las formas sean dinámicas para que puedan moverse a través del espacio. También puede controlar la velocidad a la que las estructuras cambian de forma y así crear un movimiento complejo y secuencial, como la forma en que una raya nada en el océano.
“A diferencia de la fabricación aditiva tradicional, nuestro método de impresión digital en 4-D ligero nos permite imprimir múltiples estructuras 3-D personalizadas simultáneamente. Lo más importante es que nuestro método es muy rápido, tarda menos de 60 segundos en imprimir y, por lo tanto, es altamente escalable “
Fuente: europapress.es