Combinando fibras fotosensibles con geles termosensibles, los investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Clemson han modelado un nuevo material híbrido que podría reconfigurarse varias veces en diferentes formas cuando se expone a la luz y al calor, lo que permitela creación de dispositivos que no solo se adaptan a su entorno, sino que también muestran un comportamiento claramente diferente en presencia de diferentes estímulos.
El modelado computacional desarrollado por Anna C. Balazs, profesora distinguida de ingeniería química y petrolera en Pitt, y Olga Kuksenok, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales en Clemson, predijeron que estos compuestos serían altamente reconfigurables y mecánicamente fuertes, lo que indica un potencialpara la impresión biomimética cuatridimensional. Su investigación, "Comportamiento de estímulo sensible de los compuestos que integran geles termo-sensibles con fibras fotorrespuesta", se publicó recientemente en la revista Horizontes de materiales publicado por la Royal Society of Chemistry.
"En la impresión 4D, el tiempo es la cuarta dimensión que caracteriza la estructura del material; a saber, estos materiales pueden cambiar de forma incluso después de haber sido impresos. La capacidad de un material para transformarse en una nueva forma alivia la necesidad de construiruna nueva parte para cada nueva aplicación y, por lo tanto, puede conducir a ahorros de costos significativos ", explicó el Dr. Balazs." El desafío que los investigadores han enfrentado es crear un material que sea fuerte y maleable y que muestre un comportamiento diferente cuando se expone a más deun estímulo "
Los Dres. Balazs y Kuksenok resolvieron este problema al incorporar fibras sensibles a la luz, que están recubiertas con cromóforos de espirobenzopirano SP, en un gel sensible a la temperatura. Este nuevo material muestra un comportamiento claramente diferente en presencia de luz y calor.
"Si anclamos una muestra del compuesto a una superficie, se doblará en una dirección cuando se exponga a la luz y en la otra dirección cuando se exponga al calor", dijo el Dr. Kuksenok. "Cuando la muestra se separa, sese encoge como un acordeón cuando se calienta y se enrosca como una oruga cuando se ilumina. Este comportamiento programable permite que un solo objeto muestre diferentes formas y, por lo tanto, funciones, dependiendo de cómo esté expuesto a la luz o al calor ".
Los investigadores señalan que al localizar la funcionalidad SP específicamente en las fibras, los compuestos pueden abarcar patrones "ocultos" que solo se descubren en presencia de luz, permitiendo que el material se adapte de maneras que no serían posibles simplemente calentandola muestra. Este movimiento biomimético que responde a los estímulos podría permitir que las articulaciones se doblen y se doblen con la luz y se conviertan en un componente esencial para los nuevos dispositivos adaptativos, como los robots flexibles.
"Los robots son herramientas maravillosas, pero cuando necesitas algo para examinar una estructura delicada, como el interior del cuerpo humano, quieres un robot" blandito "en lugar de los dispositivos típicos que pensamos con engranajes entrelazados y bordes afilados," DrBalazs dijo: "Este material compuesto podría allanar el camino para dispositivos blandos y reconfigurables que muestren funciones programadas cuando se expongan a diferentes señales ambientales".
Como señala el Dr. Balazs, "lo realmente significativo del trabajo es que diseñamos un único compuesto que brinda acceso a una gama de respuestas y estructuras dinámicas. En un nivel conceptual, nuestros resultados proporcionan pautas para combinar diferentes tipos de estímuloscomponentes que responden para crear materiales adaptativos que pueden ser controlados de forma controlable y repetida para mostrar un nuevo comportamiento dinámico y movimiento a gran escala ".
La investigación futura con este descubrimiento se centrará en adaptar los arreglos de las fibras parcialmente incrustadas para crear estructuras con forma de mano que podrían servir como un tipo de pinza.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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