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Los hidrogeles allanan el camino para el futuro de la robótica blanda

Los hidrogeles allanan el camino para el futuro de la robótica blanda

Los hidrogeles allanan el camino para el futuro de la robótica blanda

El patrón de incrustación de entrada muestra la extrusora de fibra que se agrega al hidrogel. Crédito: Grupo de Robótica Orgánica y Biohíbrida, Universidad Carnegie Mellon

Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon han creado una extrusora de fibra de código abierto disponible comercialmente para beneficiar la investigación futura con hidrogeles y robótica blanda.

Como sugiere su nombre, los hidrogeles comienzan en forma líquida como monómeros. Este líquido viscoso, que puede estar hecho de materiales sintéticos o naturales, desde poliéster hasta alginato de sodio, puede usarse como tinta para impresión 3D. La tinta se carga primero en una jeringa, luego se bombea a través de la aguja como un filamento delgado y se solidifica después de la impresión 3D para formar una estructura multidimensional, de la misma manera que Jell-O se mezcla primero como líquido antes de convertirse en un líquido blando. postre flexible. Cuando los hidrogeles se colocan en el ambiente adecuado, los monómeros en el líquido se entrecruzan para formar polímeros, lo que le da forma al hidrogel y le permite atrapar agua.

Puede imaginar que estos materiales flexibles también son delicados, y ese es uno de los inconvenientes de trabajar con hidrogeles para aplicaciones robóticas. Para resolver este problema y permitir que los hidrogeles se utilicen en una mayor variedad de tareas y entornos hostiles, Wenhuan Sun, Ph.D. estudiante de ingeniería mecánica, coasesorado por Victoria Webster-Wood y Adam Feinberg, diseñó una extrusora de fibra continua, un dispositivo que refuerza los hidrogeles para que no se rompan fácilmente ni pierdan su forma cuando se cargan. Feinberg, profesor de ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales, creó previamente la impresora 3D en la que se probaron por primera vez las extrusoras de fibra.

Los hidrogeles allanan el camino para el futuro de la robótica blanda

Los dispositivos de impresión 3D son cruciales para permitir que la extrusora de fibra refuerce el hidrogel. Crédito: Grupo de Robótica Orgánica y Biohíbrida

Incrustar fibras en hidrogeles durante el proceso de impresión refuerza sus propiedades mecánicas para que no sean tan frágiles. La creación de una extrusora de fibra de código abierto disponible comercialmente beneficiará la investigación futura con hidrogeles. El diseño de la extrusora del equipo no solo es relativamente económico (alrededor de $ 53), sino que también es compatible con muchos dispositivos de impresión 3D domésticos y se ha probado con éxito en hidrogeles incrustados con fibras sintéticas y naturales, incluida la seda y el colágeno. El artículo del equipo, publicado en HardwareXsirve casi como una fórmula para otros investigadores que quieran experimentar con la impresión 3D de hidrogel incrustado en fibra.

“Este documento describe todo el proceso de cómo construimos el centro de impresión de fibra para que otras personas puedan simplemente hacer referencia a nuestro trabajo y luego construir el suyo propio sin instrucciones adicionales”, dice Sun sobre cómo su investigación sirve a la comunidad de robótica.

Cuando los hidrogeles mantienen su integridad estructural, se pueden aplicar a una variedad más amplia de situaciones. Sus atributos únicos, como la flexibilidad y la suavidad, los convierten en herramientas ideales para la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos, pero la solidez física abre la puerta a tareas más amplias en la robótica blanda. Dado que las extrusoras de fibra continua funcionan bien con materiales naturales como el colágeno y el alginato, los hidrogeles reforzados están preparados para convertirse en un material adaptable para los robots blandos y, además, son respetuosos con el medio ambiente.

“Estamos realmente interesados ​​en cómo podemos usar materiales biodegradables en robots”, dice Webster-Wood, profesor asistente de ingeniería mecánica que fundó el Grupo de Robótica Orgánica y Biohíbrida. “Estos hidrogeles a base de plantas son una dirección realmente interesante, porque básicamente podemos cultivar los materiales para los robots y hacerlos renovables”.


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Más información:
Wenhuan Sun et al, Extrusora de fibra continua para impresoras 3D de escritorio hacia la impresión 3D de hidrogel incrustado de fibra larga, HardwareX (2022). DOI: 10.1016/j.ohx.2022.e00297

Proporcionado por Carnegie Mellon University Ingeniería Mecánica


Citación: Los hidrogeles allanan el camino para el futuro de la robótica blanda (19 de septiembre de 2022) consultado el 19 de septiembre de 2022 en https://techxplore.com/news/2022-09-hydrogels-pave-future-soft-robotics.html

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