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I ricercatori dell’EPFL hanno stampato in 3D dispositivi flessibili senza giunti meccanici

L'obiettivo è puntare alla prossima generazione di attuatori morbidi e robot con inchiostro a base di elastomero per oggetti di stampa 3D con proprietà meccaniche che cambiano localmente

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Secondo l’EPFL, i ricercatori stanno prendendo di mira la prossima generazione di attuatori morbidi e robot con un inchiostro a base di elastomero per oggetti di stampa 3D con proprietà meccaniche che cambiano localmente, eliminando la necessità di ingombranti giunti meccanici.

Per gli ingegneri EPFL che lavorano sulla robotica morbida o sui dispositivi indossabili, mantenere gli oggetti leggeri è una sfida costante: i materiali più pesanti richiedono più energia per muoversi e, nel caso di dispositivi indossabili o protesi, causano disagio. Gli elastomeri sono polimeri sintetici che possono essere prodotti con una gamma di proprietà meccaniche, da rigide a elastiche, rendendoli un materiale popolare per tali applicazioni. Ma finora la produzione di elastomeri che possono essere modellati in complesse strutture 3D che vanno dal rigido al gommoso è stata irrealizzabile.

“Gli elastomeri vengono solitamente fusi in modo che la loro composizione non possa essere modificata in tuttericercatori e tre le dimensioni su scale di breve durata. Per superare questo problema, abbiamo sviluppato DNGE: elastomeri granulari a doppia rete stampabili in 3D che possono variare le loro proprietà meccaniche a un livello senza precedenti”, ha affermato Esther Amstad, responsabile del Laboratorio di materiali morbidi presso la Scuola di ingegneria dell’EPFL.

Secondo l’EPFL, i ricercatori stanno puntando la prossima generazione di attuatori morbidi e robot con un inchiostro a base di elastomero

Eva Baur, una studentessa di dottorato nel laboratorio di Amstad, ha utilizzato i DNGE per stampare un prototipo di “dito”, completo di “ossa” rigide circondate da “carne” flessibile. Il dito è stato stampato per deformarsi in un modo predefinito, dimostrando il potenziale della tecnologia per produrre dispositivi sufficientemente flessibili da piegarsi e allungarsi, pur rimanendo sufficientemente solidi da manipolare gli oggetti.

Con questi vantaggi, i ricercatori ritengono che i DNGE potrebbero facilitare la progettazione di attuatori morbidi, sensori e dispositivi indossabili privi di giunti meccanici pesanti e ingombranti. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Advanced Materials.

Due volte più versatile

La chiave della versatilità dei DNGE risiede nella progettazione di due reti elastomeriche. Innanzitutto, le microparticelle di elastomero vengono prodotte da gocce di emulsione olio in acqua. Queste microparticelle vengono poste in una soluzione precursore, dove assorbono i composti elastomerici e si gonfiano. Le microparticelle rigonfie vengono quindi utilizzate per creare un inchiostro stampabile in 3D, che viene caricato in una biostampante per creare la struttura desiderata. Il precursore viene polimerizzato all’interno della struttura stampata in 3D, creando una seconda rete elastomerica che irrigidisce l’intero oggetto.

Secondo l’EPFL, i ricercatori stanno puntando la prossima generazione di attuatori morbidi e robot con un inchiostro a base di elastomero

Mentre la composizione della prima rete determina la rigidità della struttura, la seconda ne determina la tenacità alla frattura, il che significa che le due reti possono essere ottimizzate in modo indipendente per ottenere una combinazione di rigidità, tenacità e resistenza alla fatica. L’uso di elastomeri rispetto agli idrogel – il materiale utilizzato negli approcci all’avanguardia – ha l’ulteriore vantaggio di creare strutture prive di acqua, rendendole più stabili nel tempo. I DNGE possono anche essere stampati utilizzando stampanti 3D disponibili in commercio.

“La bellezza del nostro approccio è che chiunque abbia una biostampante standard può usarla”, ha affermato Amstad.

Un’interessante potenziale applicazione dei DNGE è nei dispositivi per la riabilitazione guidata dal movimento, dove la capacità di supportare il movimento in una direzione limitandolo in un’altra potrebbe essere molto utile. Un ulteriore sviluppo della tecnologia DNGE potrebbe portare alla realizzazione di protesi o addirittura di guide di movimento per assistere i chirurghi. Altro campo di applicazione è il rilevamento dei movimenti a distanza, ad esempio nella raccolta dei raccolti assistita da robot o nell’esplorazione subacquea.

Secondo Amstad, il Soft Materials Lab sta già lavorando ai prossimi passi verso lo sviluppo di tali applicazioni integrando elementi attivi – come materiali reattivi e connessioni elettriche – nelle strutture DNGE.

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