Géis inteligentes impressos em 3D responsivos à luz replicam camuflagem de polvo

Os engenheiros da Rutgers University criaram um gel inteligente impresso em 3D que muda de forma quando exposto à luz, tornando-se um “músculo artificial”. O material pode levar a algumas pesquisas interessantes para várias aplicações de engenharia, incluindo nova camuflagem militar, robótica suave e telas flexíveis. Inspirado pelos mecanismos de camuflagem altamente sofisticados encontrados em cefalópodes – como polvos, chocos e lulas – que permitem que eles mudem a cor da pele, a equipe de pesquisa apresentou células que mudam de cor artificiais chamadas cromatóforos que podem alterar seu padrão de cor em resposta à luz.

A evidência de um artigo publicado na revista ACS Applied Materials & Interfaces mostra que um material 3D multimaterial impresso. O cromatóforo artificial responsivo à luz (LAC) pode detectar a luz e alterar seu padrão de cor no nível da unidade individual. Os co-autores do estudo pretendiam replicar a incrível capacidade dos cefalópodes de usar as milhares de células cromatóforas que mudam de cor distribuídas em sua pele macia para alterar a cor e a textura. Com os cromatóforos atuando individualmente, os cefalópodes podem criar padrões de cor de pele extremamente complexos, que usam para funções requintadas como camuflagem e comunicação, e até mesmo alterar a textura de sua pele para combinar com rochas ou corais. Essa sofisticada evolução biológica deu aos cefalópodes as ferramentas para sobreviver a milhões de anos de predação de enguias, tubarões e incontáveis ​​peixes.

Camuflagens de polvo. Imagem cortesia da Special Area of ​​Conservation Spain via Wikimedia Commons.

Embora existam muitos mecanismos de camuflagem na natureza, os cefalópodes são amplamente estudados por causa de seu mecanismo de camuflagem dramático e elaborado. Os cromatóforos distribuídos pela pele dos cefalópodes desempenham um papel crítico e inspiraram cientistas por seu potencial incomparável em novos sistemas de engenharia com inteligência distribuída. O inovador LAC inspirado em cefalópodes desenvolvido na Rutgers consiste em três componentes: músculo responsivo à luz, saco elástico e estrutura rígida.

No estudo, os pesquisadores descreveram o desenvolvimento de dois hidrogéis 3D imprimíveis , ou géis inteligentes, usados ​​para criar o LAC. Eles desenvolveram um músculo responsivo à luz feito de um hidrogel 3D imprimível que detecta a luz e muda de forma. Para fazer isso, os engenheiros incorporaram um nanomaterial sensor de luz ao hidrogel, transformando-o em um “músculo artificial” que se contrai em resposta às alterações da luz.

Eles também desenvolveram um material de hidrogel de ácido acrílico extensível e imprimível em 3D que pode revelar cores quando a luz muda. Quando combinado com o gel inteligente com sensor de luz, o material elástico impresso em 3D muda de cor, resultando no efeito de camuflagem altamente desejado. Além de criar o hidrogel fotoativo como um músculo responsivo à luz e o hidrogel de ácido acrílico como um saco extensível, a equipe também usou a solução de reticulação de pré-polímero sintético PEGDA 250 como um material de estrutura rígido devido ao seu comportamento de inchaço relativamente estável sobre o mudança de temperatura.

Cromatóforo impresso em 3D inspirado em cefalópodes usando géis inteligentes. Imagem cortesia da Rutgers University School of Engineering via ACS Applied Materials & Interfaces.

Para fabricar os LACs, os engenheiros empregaram uma técnica de impressão 3D de micro-estereolitografia de projeção multimaterial customizada, uma tecnologia de manufatura aditiva de alta resolução capaz de fabricar arquiteturas 3D em escala centimétrica complexas com resolução de recursos extrema que se aproxima de células de mamíferos individuais. Depois de imprimir a moldura rígida usando PEGDA 250, eles projetaram uma luz UV padronizada para fotopolimerizar a solução precursora. Em seguida, retiraram o material residual da área de impressão com bomba de vácuo, seguido de uma sequência automática de limpeza com etanol três vezes. Então, dois músculos sensíveis à luz separados foram criados, integrando os músculos com a estrutura rígida. Por fim, eles fabricaram o saco extensível e repetiram esse processo até imprimir os três materiais para fabricar o LAC,

Ilustração esquemática do processo de impressão 3D da micro estereolitografia de projeção multimaterial. Imagem cortesia da Rutgers University School of Engineering via ACS Applied Materials & Interfaces.

Os monitores eletrônicos estão em toda parte e, apesar dos avanços notáveis, como se tornarem mais finos, maiores e mais brilhantes, eles são baseados em materiais rígidos, limitando as formas que podem assumir e como eles se relacionam com superfícies 3D.

disse o autor sênior Howon Lee, Professor Assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Rutgers.

Nossa pesquisa apóia uma nova abordagem de engenharia com camuflagem que pode ser adicionada a materiais macios e criar displays coloridos e flexíveis.

O cromatóforo artificial responsivo à luz impresso. Imagem cortesia da Rutgers University School of Engineering via ACS Applied Materials & Interfaces.

Juntamente com os co-autores Daehoon Han, Pós-Doutorado associado da Universidade de Minnesota Departamento de Engenharia Mecânica; e os alunos de doutorado em engenharia mecânica da Rutgers, Yueping Wang e Chen Yang, Lee apresentaram um sistema de materiais artificiais que pode transformar a entrada de luz em padrões de cores.

Este estudo apoiado pela National Science Foundation (NSF) provou com sucesso que o tom da cor LAC pode mudar de preto para branco dentro de dois minutos da luz de um projetor digital. Além disso, revelou a criação de vários padrões binários de cores a partir de uma série de três LACs, imitando a capacidade única dos cromatóforos dos cefalópodes de sentir e agir como uma unidade independente. No futuro, ao adicionar diferentes corantes ao hidrogel elástico, os pesquisadores podem alterar o padrão atual de cor binária em preto e branco para uma expressão de cor mais vibrante. As próximas etapas incluem melhorar a sensibilidade, o tempo de resposta, a escalabilidade, a embalagem e a durabilidade da tecnologia.

3DPrint.com

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Posts Relacionados

Comece a digitar sua pesquisa acima e pressione Enter para pesquisar. Pressione ESC para cancelar.

De volta ao topo