可根據(jù)需要重新配置的軟機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)植入物通過一種打印變形材料的新方法越來越接近現(xiàn)實(shí)。

賴斯布朗工程學(xué)院的拉斐爾·韋爾杜斯科(Rafael Verduzco)和研究生摩根·巴恩斯(Morgan Barnes)開發(fā)了一種打印對(duì)象的方法，該對(duì)象可以在暴露于溫度，電流或壓力變化的情況下以其他形式處理。

研究人員認(rèn)為這是反應(yīng)性的4-D打印。他們的工作發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志ACS Applied Materials and Interfaces上。

他們首先在2018年報(bào)告了他們?cè)谀＞咧兄圃熳冃谓Y(jié)構(gòu)的能力。但是，使用相同的化學(xué)方法進(jìn)行3-D打印會(huì)將結(jié)構(gòu)限制為位于同一平面上的形狀。這意味著不能將凸塊或其他復(fù)雜的曲率編程為替代形狀。

Verduzco說，克服使印刷工藝與成型脫鉤的限制是朝著更有用的材料邁出的重要一步。

Verduzco說：“這些材料一旦制成，將自動(dòng)改變形狀。”“我們需要一種控制和定義這種形狀變化的方法。我們的簡(jiǎn)單想法是依次使用多個(gè)反應(yīng)來打印材料，然后決定如何改變形狀。我們的方法不是一步一步地完成所有操作，而是在控制初始形狀和最終形狀方面具有更大的靈活性，還使我們能夠打印復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)室面臨的挑戰(zhàn)是創(chuàng)建一種液晶聚合物“墨水”，該墨水將分子之間相互排斥的化學(xué)鍵結(jié)合在一起。一種確定原始的打印形狀，另一種可以通過物理方式處理打印干燥的材料來設(shè)置。在紫外線下固化替代形式會(huì)鎖定這些鏈接。

一旦設(shè)置了兩種編程形式，則材料可以在加熱或冷卻時(shí)來回變形。

研究人員必須找到一種可以在催化劑浴中印刷并仍保持其原始程序形狀的聚合物混合物。

“我們必須優(yōu)化許多參數(shù)，從所用的溶劑和催化劑到溶脹度和油墨配方，以使油墨足夠快地固化以印刷，同時(shí)又不抑制所需的最終形狀致動(dòng)，” Barnes說。 。

該過程的另一個(gè)局限性是能夠打印不受支持的結(jié)構(gòu)(如列)。她說，要做到這一點(diǎn)，就需要一種膠凝劑足以在印刷過程中自我支撐。獲得這種能力將使研究人員能夠打印出更加復(fù)雜的形狀組合。

巴恩斯說：“未來的工作將進(jìn)一步優(yōu)化印刷配方，并使用腳手架輔助的印刷技術(shù)來制造在兩種不同復(fù)雜形狀之間轉(zhuǎn)換的執(zhí)行器。”“這為印刷軟機(jī)器人打開了大門，這些軟機(jī)器人可以像水母一樣游泳，像板球一樣跳躍或像心臟一樣運(yùn)送液體。”