Gli ingegneri della Scuola di Ingegneria e Scienza Applicata della University of Pennsylvania (SEAS) hanno creato strutture stampate in 3D ispirate al bio che si muovono e reagiscono al suo ambiente.
Tali oggetti non richiedono sistemi integrati elettronicamente, ma, proprio come la trappola venere, utilizzano gli stimoli atmosferici per operare; il team della Penn State lo ha soprannominato “logica incarnata”. I ricercatori hanno pubblicato il loro studio sulla rivista Nature Communications .
“Ispirati dalla natura, incorporiamo la logica in sistemi autonomi per consentire loro di rispondere a stimoli multipli”, afferma lo studio.
“USANDO I COMPOSITI FIBROSI STAMPABILI 3D, FABBRICHIAMO STRUTTURE CON GEOMETRIE VICINO A PUNTI DI BIFORCAZIONE [IN CUI UN OGGETTO SI DIVIDE]. QUANDO SONO PRESENTI STIMOLI ADATTI, I MATERIALI SI GONFIANO. QUESTO COSTRINGE UN PARAMETRO GEOMETRICO CHIAVE A PASSARE ATTRAVERSO UNA BIFORCAZIONE, INNESCANDO UN’AUTO-ATTIVAZIONE RAPIDA E DI AMPIEZZA AMPIA. “
Secondo Jordan Raney, un assistente professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica Applicata di Penn Engineering e leader di questa ricerca, “Bistability è determinato dalla geometria, mentre la reattività deriva dalle proprietà chimiche del materiale.”
“IL NOSTRO APPROCCIO UTILIZZA LA STAMPA 3D MULTIMATERIALE PER COLLEGARE QUESTI CAMPI SEPARATI IN MODO DA POTER SFRUTTARE LA REATTIVITÀ DEI MATERIALI PER MODIFICARE I PARAMETRI GEOMETRICI DELLE NOSTRE STRUTTURE NEI GIUSTI MODI”.
Il team di Penn State ha creato strutture attive con “porte” che possono essere controllate da semplici cambiamenti nell’ambiente. Queste porte contenevano attuatori non elettrici. Con una formazione di reticolo, le strutture a base di polidimetilsilossano (PDMS) e idrogel, mantengono l’energia elastica per il movimento cinetico. PDMS è un polimero organico a base di silicio. Inoltre, il team ha utilizzato solventi a base di acqua e olio per attivare le strutture stampate in 3D.
“[Questo] potrebbe essere utile per le applicazioni in microfluidica”, ha aggiunto Raney.
“Piuttosto che usare un sensore a stato solido e un microprocessore che legge costantemente ciò che sta fluendo in un chip microfluidico, potremmo, ad esempio, progettare un cancello che si chiuda automaticamente se rileva un determinato contaminante.”
Il cambio forma è stato utilizzato nella produzione additiva per creare oggetti mobili stampati in 3D, i, e, la stampa 4D . Recentemente, Nicole Hone , una studentessa del Master in design industriale presso la Victoria University di Wellington , in Nuova Zelanda, ha progettato diversi impianti interattivi stampati 4D utilizzando la stampa 3D multi-materiale e compositi in elastopolimero.
Prima di questo, i ricercatori dell’Università di Bristol e dell’Università di Bath , hanno creato un materiale intelligente stampato a 4D con inchiostro stampato 3D che sfrutta le fibre di cellulosa per trasformarle in risposta all’acqua.
Lo studio, “La logica incarnata basata sulla biforcazione e l’attuazione autonoma” è stato scritto congiuntamente da Yijie Jiang, Lucia M. Korpas e Jordan R. Raney.
