Разработанные в Гарварде 3D-печатные нити имитируют мышцы, позволяя сгибаться и скручиваться по команде

Исследователи из Гарварда разработали технологию 3D-печати, которая позволяет программировать мягкие нити на изгибание, скручивание, расширение или сжатие в ответ на нагрев, создавая то, что команда называет искусственными мышцами. Работа, 
опубликованная 29 апреля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, выполнена в лаборатории Дженнифер Льюис, профессора биоинженерных исследований имени Хансйорга Висса в Инженерной школе имени Джона А. Полсона при Гарвардском университете.

Метод, называемый ротационной многоматериальной 3D-печатью, работает за счет экструзии двух материалов бок о бок через вращающееся сопло: «активного» жидкокристаллического эластомера, который сжимается вдоль направления молекулярной ориентации при нагревании выше температуры перехода, и «пассивного» эластомера, который сохраняет свою форму независимо от температуры. Поскольку одна сторона укорачивается, а другая сопротивляется, даже простая двухслойная нить изгибается. Вращение сопла во время печати формирует спиральную молекулярную ориентацию в нити, позволяя исследователям точно запрограммировать ее деформацию при активации. Постобработка не требуется.

Команда уже напечатала нити диаметром примерно 100 микрон. Первый автор, научный сотрудник Мустафа Абдельрахман, сказал, что его привлекла гибкость платформы: «Я увидел эту действительно прекрасную [платформу для ротационной 3D-печати] и подумал: «А что, если мы вставим активные материалы и будем создавать узоры внутри нити — сможем ли мы таким образом изменять форму?»

Используя отдельные нити в качестве строительных блоков, исследователи создали плоские решетки, способные действовать как фильтры с регулируемой температурой: при нагревании решетка раскрывается, пропуская сферические частицы; при охлаждении она сжимается, захватывая или поддерживая частицы. Они также создали захватные устройства, представляющие собой отдельно стоящие решетки, которые можно опускать на несколько стержней, нагревать для захвата и подъема, а затем охлаждать для освобождения. В одном из экспериментов решетка, напечатанная с чередующимися расширяющимися и сжимающимися областями, при нагревании в масляной ванне приобрела куполообразную форму, соответствующую форме, предсказанной моделированием.

Аспирант и соавтор Джексон Уилт указал на дальнейшие возможности: «С точки зрения масштабируемости, в будущем можно будет создавать более сложные сопла, которые будут интегрироваться с другими материалами — например, иметь канал из жидкого металла для обеспечения привода или интегрировать другие функции».

Результаты работы были подтверждены в сотрудничестве с профессором Л. Махадеваном, чья группа занимается изучением механики природных структур, и профессором Джоанной Айзенберг, чья лаборатория в Брукхейвенской национальной лаборатории провела характеризацию молекулярной ориентации жидкокристаллических эластомеров с помощью рентгеновского рассеяния. «Эта конструкция нити и метод печати могут ускорить переход от лабораторных исследований к реальным технологиям создания искусственных мышечноподобных материалов», — сказал Льюис.

Потенциальные области применения включают мягкие роботизированные захваты, способные манипулировать несколькими объектами одновременно, активные клапаны, потоки в которых можно регулировать температурой, и инъекционные нити, которые соединяются вместе, образуя пористые структуры с большой площадью поверхности для биомедицинских целей, таких как быстрое свертывание тканей. Управление по развитию технологий Гарвардского университета уже приняло меры по защите исследований и занимается их коммерциализацией. Федеральное финансирование поступило от Национального научного фонда США через Гарвардский центр исследований и разработок в области биологических наук (DMR-2011754) и программу ARO MURI.

Источник: seas.harvard.edu

Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.

По всем вопросам обращаться (круглосуточно):

телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

вк — https://vk.com/3d_krd_123

группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

Наши ресурсы:

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd

теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123