Innovazione nell’Inchiostro per la Stampa 3D di Dispositivi Flessibili negli Elastomeri per la Robotica Morbida e i Dispositivi Indossabili
Ricercatori del Laboratorio dei Materiali Morbidi dell’EPFL stanno sviluppando un inchiostro a base di elastomero per la stampa 3D, mirato a creare dispositivi senza giunzioni meccaniche, che possono cambiare le loro proprietà meccaniche localmente. Questo progresso è particolarmente rilevante per la robotica morbida e i dispositivi indossabili, dove il peso leggero è cruciale perché materiali più pesanti richiedono più energia per muoversi e possono causare disagio.
Una Nuova Frontiera per Gli Elastomeri
Gli elastomeri, polimeri sintetici che variano da rigidi a elastici, sono ideali per questi usi, ma modellarli in strutture 3D complesse con variazioni da rigide a flessibili è stato fino ad ora un obiettivo difficile da raggiungere. “Tradizionalmente, gli elastomeri vengono fusi e la loro composizione non può essere alterata rapidamente in tutte e tre le dimensioni. Per superare questo limite, abbiamo creato gli elastomeri granulari a doppia rete stampabili in 3D (DNGE), che offrono un controllo senza precedenti sulle proprietà meccaniche”, spiega Esther Amstad, capo del laboratorio.
Prove Pratiche e Potenzialità del DNGE
Eva Baur, dottoranda sotto la guida di Amstad, ha utilizzato il DNGE per stampare un prototipo di dito artificiale, che include “ossa” rigide e “carne” flessibile. Questo dito è progettato per muoversi in modo predeterminato, mostrando la capacità dei DNGE di produrre dispositivi che possono piegarsi e allungarsi mantenendo la solidità necessaria per manipolare oggetti. La ricerca ha dimostrato il potenziale dei DNGE per semplificare la progettazione di attuatori morbidi, sensori e dispositivi indossabili, eliminando la necessità di giunzioni meccaniche pesanti e ingombranti. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Materials.
Due Rete Elastomeriche per Maggiore Versatilità
La versatilità dei DNGE è garantita dalla presenza di due reti elastomeriche. Inizialmente, microparticelle di elastomero vengono create da emulsioni di olio in acqua. Queste particelle vengono poi immerse in una soluzione precursore, assorbendo composti elastomerici e gonfiandosi. Le particelle gonfie vengono utilizzate per produrre un inchiostro stampabile in 3D. Dopo la stampa, il precursore all’interno della struttura viene polimerizzato, formando una seconda rete che irrigidisce l’oggetto.
Mentre la prima rete determina la rigidità, la seconda rete influisce sulla resistenza alla frattura. Questo permette di ottimizzare indipendentemente le due reti per una combinazione ideale di rigidità, resistenza alla frattura e tenuta alla fatica. A differenza degli idrogel, i DNGE sono strutture prive di acqua, il che le rende più stabili nel tempo e adatte per essere stampate con stampanti 3D commerciali.
Applicazioni Future e Sviluppi
“Il nostro metodo permette a chiunque con una biostampante standard di utilizzare questa tecnologia”, afferma Amstad. I DNGE presentano un grande potenziale in dispositivi per la riabilitazione guidata dal movimento e altre applicazioni come protesi o dispositivi di assistenza chirurgica. Un altro possibile impiego è nel monitoraggio remoto dei movimenti, come nella raccolta automatizzata dei raccolti o nell’esplorazione subacquea.
Il laboratorio di Amstad sta già pianificando i prossimi passi, che includono l’integrazione di elementi attivi come materiali reattivi e connessioni elettriche nelle strutture DNGE, ampliando ulteriormente le potenzialità di questa tecnologia innovativa.
CREDITO
© Adrian Alberola