Las rodillas y los codos raspados son lugares difíciles para aplicar un vendaje de forma segura. La mayoría de las veces, el adhesivo se despegará de la piel con solo unas pocas curvas de la articulación afectada.
Ahora los ingenieros del MIT han encontrado una solución más pegajosa, en forma de una película delgada, ligera y similar a la goma. La película adhesiva puede adherirse a regiones altamente deformables del cuerpo, como la rodilla y el codo, y mantener susostenga incluso después de 100 ciclos de doblado. La clave para la adherencia de la película es un patrón de hendiduras que los investigadores han cortado en la película, similar a los cortes hechos en una forma de arte de plegado de papel conocida como kirigami.
Los investigadores adjuntaron la "película de kirigami" a la rodilla de una voluntaria y descubrieron que cada vez que doblaba la rodilla, las hendiduras de la película se abrían en el centro, en la región de la rodilla con la flexión más pronunciada, mientras que las hendiduras en los bordespermaneció cerrado, lo que permitió que la película permaneciera adherida a la piel. Los cortes de kirigami le dan a la película no solo estiramiento, sino también un mejor agarre: los cortes que se abren liberan tensión que de otro modo causaría que toda la película se despegue de la piel.
Para demostrar posibles aplicaciones, el grupo fabricó un vendaje adhesivo con diseño de kirigami, así como una almohadilla térmica que consiste en una película de kirigami enhebrada con cables calefactores. Con la aplicación de una fuente de alimentación de 3 voltios, la almohadilla mantiene una temperatura establede 100 grados Fahrenheit. El grupo también ha diseñado una película electrónica portátil equipada con diodos emisores de luz. Las tres películas pueden funcionar y adherirse a la piel, incluso después de doblar 100 rodillas.
Ruike Zhao, un postdoc en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, dice que los adhesivos con diseño de kirigami pueden permitir una amplia gama de productos, desde vendajes médicos cotidianos hasta electrónica portátil y blanda.
"Actualmente en el campo de la electrónica suave, la mayoría de las personas conectan dispositivos a regiones con pequeñas deformaciones, pero no en áreas con grandes deformaciones, como regiones de unión, porque se despegarían", dice Ruike. "Creo que la película de kirigami es una solución paraeste problema se encuentra comúnmente en adhesivos y productos electrónicos blandos "
Ruike es el autor principal de un artículo publicado en línea este mes en la revista Materia suave . Sus coautores son los estudiantes graduados Shaoting Lin y Hyunwoo Yuk, junto con Xuanhe Zhao, el Profesor de Desarrollo de Carrera Noyce en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
adhesión de una forma de arte
En agosto de 2016, representantes de una compañía de suministros médicos en China se acercaron a Ruike y sus colegas, quienes le pidieron al grupo que desarrollara una versión mejorada de un vendaje popular para aliviar el dolor que la compañía fabrica actualmente.
"Los adhesivos como estos vendajes se usan muy comúnmente en nuestra vida diaria, pero cuando intentas unirlos a lugares que se encuentran con movimientos de flexión grandes y no homogéneos, como los codos y las rodillas, generalmente se desprenden", dice Ruike.problema para la empresa, que nos pidieron que resolviéramos "
El equipo consideró el kirigami como una posible solución. Originalmente un arte popular asiático, el kirigami es la práctica de cortar patrones intrincados en papel y doblar este papel, al igual que el origami, para crear estructuras tridimensionales hermosas y elaboradas. Más recientemente, algunosLos científicos han estado explorando el kirigami como una forma de desarrollar nuevos materiales funcionales.
"En la mayoría de los casos, las personas hacen cortes en una estructura para hacerla estirable", dice Ruike. "Pero somos el primer grupo en encontrar, con un estudio de mecanismo sistemático, que un diseño de kirigami puede mejorar la adhesión de un material".
Los investigadores fabricaron películas delgadas de kirigami vertiendo un elastómero líquido, o una solución de goma, en moldes impresos en 3-D. Cada molde se imprimió con hileras de ranuras desplazadas de varios espacios, que los investigadores luego llenaron con la solución de goma. Una vezcuradas y levantadas de los moldes, las capas delgadas de elastómero fueron tachonadas con hileras de hendiduras desplazadas. Los investigadores dicen que la película puede estar hecha de una amplia gama de materiales, desde polímeros blandos hasta láminas de metal duro.
Ruike aplicó una capa adhesiva delgada, similar a la que se aplica a los vendajes, a cada película antes de unirla a la rodilla de un voluntario. Tomó nota de la capacidad de cada película de adherirse a la rodilla después de doblar repetidamente, en comparación con una película de elastómero queno tenía patrones de kirigami. Después de solo un ciclo, la película simple y continua se desprendió rápidamente, mientras que la película de kirigami se mantuvo firme, incluso después de doblar 100 rodillas.
Un equilibrio en el diseño
Para descubrir por qué los cortes de kirigami mejoran las propiedades adhesivas de un material, los investigadores primero unieron una película de kirigami a una superficie de polímero, luego sometieron el material a pruebas de estiramiento. Midieron la cantidad de estiramiento que puede sufrir una película de kirigami antes de despegarse delsuperficie de polímero: una medida que usaron para calcular la "tasa de liberación de energía" crítica del material, una cantidad para evaluar la separación.
Descubrieron que esta tasa de liberación de energía variaba a lo largo de una sola película: cuando tiraron de la película desde cualquier extremo como un acordeón, las rendijas hacia el medio exhibieron una tasa de liberación de energía más alta y fueron las primeras en abrirse en menos estiramiento.En contraste, las hendiduras en cada extremo de la película continuaron pegadas a la superficie subyacente y permanecieron cerradas.
A través de estos experimentos, Ruike identificó tres parámetros principales que otorgan a las películas de kirigami sus propiedades adhesivas: retraso de corte, en el cual la deformación por corte de la película puede reducir la tensión en otras partes de la película; desunión parcial, en la cual la película se segmenta alrededor de unla hendidura abierta mantiene una unión parcial a la superficie subyacente; y la deformación no homogénea, en la cual una película puede mantener su adhesión general, incluso cuando partes de su superficie subyacente pueden doblarse y estirarse más que otras.
Dependiendo de la aplicación, Ruike dice que los investigadores pueden usar los hallazgos del equipo como un plan de diseño para identificar el mejor patrón de cortes y el equilibrio óptimo de los tres parámetros, para una aplicación determinada.
"Estos tres parámetros ayudarán a guiar el diseño de materiales blandos y avanzados", dice Ruike. "Siempre puede diseñar otros patrones, al igual que el arte popular. Hay tantas soluciones en las que podemos pensar. Simplemente siga las instrucciones mecánicaspara un diseño optimizado y puedes lograr muchas cosas "
Ruike y sus colegas han presentado una patente sobre su técnica y continúan colaborando con la compañía de suministros médicos, que actualmente está haciendo planes para fabricar parches de medicamentos hechos con películas de kirigami.
"Hacen esta almohadilla para aliviar el dolor que es bastante popular en China, incluso mis padres la usan", dice Ruike. "Así que es súper emocionante".
El equipo ahora se está diversificando para explorar otros materiales sobre los cuales modelar cortes de kirigami.
"Las películas actuales son puramente elastómeros", dice Ruike. "Queremos cambiar el material de la película a geles, que pueden difundir directamente la medicina en la piel. Ese es nuestro siguiente paso".
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la National Science Foundation y el Tibet Cheezheng Tibetan Medicine Co. Ltd.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :