Los robots blandos y los implantes biomédicos que se reconfiguran están más cerca de la realidad con una nueva forma de imprimir materiales que cambian de forma.
Investigadores de la Universidad de Rice han desarrollado un método para imprimir objetos que pueden manipularse para tomar formas alternativas cuando se exponen a cambios de temperatura, corriente eléctrica o estrés. Es lo que ellos llaman impresión 4D reactiva.
Para llevarlo a cabo, primero informaron de su capacidad para hacer estructuras de transformación en un molde en 2018, pero usando la misma química para imprimir en 3D estructuras limitadas a formas que se encontraban en el mismo plano. Eso significaba que no se podían programar protuberancias u otras curvaturas complejas como la forma alternativa.
''Superar esa limitación para desacoplar el proceso de impresión de la conformación es un paso significativo hacia materiales más útiles'', ha señalado Rafael Verduzco, uno de los investigadores, quien ha añadido que ''estos materiales, una vez fabricados, cambiarán de forma autónoma. Necesitábamos un método para controlar y definir este cambio de forma. Nuestra idea simple era usar múltiples reacciones en secuencia para imprimir el material y luego dictar cómo cambiaría su forma. En lugar de tratar de hacer todo esto en un solo paso, nuestro enfoque brinda más flexibilidad para controlar las formas iniciales y finales y también nos permite imprimir estructuras complejas''.
El desafío del laboratorio era crear una "tinta" de polímero de cristal líquido que incorpora conjuntos mutuamente excluyentes de enlaces químicos entre las moléculas. Uno establece la forma impresa original, y el otro se puede configurar manipulando físicamente el material impreso y secado, curando la forma alternativa bajo bloqueos de luz ultravioleta en esos enlaces.
El desafío del laboratorio era crear una "tinta" de polímero de cristal líquido
Una vez que se configuran las dos formas programadas, el material puede transformarse de un lado a otro cuando, por ejemplo, se calienta o enfría.
Los investigadores tuvieron que encontrar una mezcla de polímeros que pudiera imprimirse en un baño de catalizador y aun así mantener su forma programada original.
"Hubo muchos parámetros que tuvimos que optimizar, desde los solventes y el catalizador utilizados, hasta el grado de hinchamiento y la fórmula de la tinta, para permitir que la tinta se solidifique lo suficientemente rápido como para imprimir sin inhibir la actuación de la forma final deseada", ha subrayado Morgan Barnes, estudiante de la Universidad de Rice.
Una limitación restante del proceso es la capacidad de imprimir estructuras no compatibles, como columnas. Hacerlo requeriría una solución que gelifique lo suficiente para mantenerse durante la impresión. Obtener esa habilidad permitirá a los investigadores imprimir combinaciones de formas mucho más complejas.
"El trabajo futuro optimizará aún más la fórmula de impresión y utilizará técnicas de impresión asistida por andamios para crear actuadores que hagan la transición entre dos formas complejas diferentes", ha comentado Barnes. "Esto abre la puerta a la impresión de robótica suave que podría nadar como una medusa, saltar como un grillo o transportar líquidos como el corazón", ha concluido.