I ricercatori giapponesi dell’Università di Kyushu hanno creato una stampante 4D per attuatori magnetici morbidi, delineando la loro ricerca nel documento pubblicato di recente ‘ Bio-Mimic Motion of 3D-Printed Gel Structures Dispersed with Magnetic Particles .’ Gli autori Hayato Shinoda, Seiji Azukizawa, Kazuki Maeda e Fujio Tsumori hanno progettato un nuovo hardware per realizzare stampe 3D e materiali di stampa 4D. Il risultato del loro lavoro arriva sotto forma di attuatori in grado di funzionare come esempi biomimetici con il potenziale di deformarsi attraverso un campo magnetico, poiché l’anisotropia magnetica viene “applicata a ciascuna porzione di strutture stampate”.
Ogni particella viene magnetizzata prima della stampa, causandone la rotazione durante la polimerizzazione.
“Alla prima fase, viene applicato un campo magnetico per impostare l’anisotropia magnetica alla parte di polimerizzazione e un altro campo magnetico viene applicato per la porzione successiva. Dopo la stampa, la struttura può funzionare come attuatore sotto un campo magnetico; le particelle magnetiche allineate in ciascuna porzione fanno sì che il momento rotazionale si sposti con la linea del flusso magnetico “, affermano i ricercatori.
C’erano due diversi tipi di strutture biomimetiche create: una struttura simile a un verme e una serie di ciglia artificiali. Ispirati dalla natura come gli scienziati così spesso, i ricercatori hanno fabbricato attuatori in grado di contrarsi continuamente e avanzare in una formazione ondulatoria, quindi deformarsi. I ricercatori affermano che potrebbe essere dimostrato come una semplice struttura a raggi, separata in due aree.
“La struttura del verme era posizionata in uno stretto spazio tra due pareti e l’attuatore poteva muoversi in avanti in uno spazio ristretto come un verme con una deformazione dell’onda propagante nel corpo”, hanno spiegato i ricercatori.
Flusso dell’attuale sistema di fabbricazione e attuazione.
Illustrazione schematica del sistema di stampa tridimensionale utilizzando un materiale gel disperso con polvere magnetica. C’è un magnete permanente sotto il bagno di resina per impostare un campo magnetico applicato nella porzione dell’edificio.
I campioni artificiali delle ciglia sono stati creati per imitare gli “organismi simili a peli”, che mostrano un’onda metacronale. Il team di ricerca ha creato quattro tipi di cilio con anisotropia variabile.
“Le ciglia stampate stavano sulla parete laterale di un blocco rettangolare, anch’esso stampato nello stesso momento. Le ciglia e il blocco sono stati posti in una pozza d’acqua e il campo magnetico rotante è stato applicato da un magnete permanente situato all’esterno della piscina “, hanno affermato i ricercatori.
Ad oggi, il team non aveva ancora testato le strutture per resistenza meccanica o altre proprietà, ma erano in grado di stimare la densità del flusso residuo a circa 3 mT, con una densità del flusso magnetico di 30% in massa di ferrite stimato a circa 25 mT. Affermando che l’analisi degli elementi finiti sarebbe uno “strumento potente”, i ricercatori hanno spiegato che sarebbe anche utile per gli studi futuri utilizzare una serie di condizioni al contorno.
“Il presente sistema è utile per imitare il movimento di creature naturali”, hanno concluso gli autori. “Abbiamo anche mostrato alcune formulazioni per esprimere la deformazione della struttura simile a un verme. Il sistema di progettazione computazionale sarebbe un potente strumento per progettare movimenti bio-mimetici nella natura. L’implementazione del sistema FEA è il nostro lavoro futuro. “
