I RICERCATORI OLANDESI STAMPANO IN 3D MATERIALE DI FISSAGGIO ISPIRATO AI FUNGHI, SIMILE A VELCRO
Scienziati dell’Università olandese di Wageningen e dell’Università di Groningen hanno stampato in 3D un nuovo materiale adesivo con un design microscopico simile a un fungo.
Utilizzando un approccio combinato di stampa e stampaggio 3D, il team è stato in grado di creare un adesivo morbido a forma di fungo, che può essere attaccato ad altri tessuti senza causare rumore o danni. Con ulteriori ricerche, il dispositivo di fissaggio potrebbe essere utilizzato per aiutare i robot morbidi a camminare verticalmente o addirittura essere utilizzato come chiusura silenziosa e furtiva dai militari.
“Può essere utilizzato in molte applicazioni come pannolini o chiusure silenziose per uso militare”, ha commentato Preeti Sharma, uno degli autori dello studio. “C’è ancora molta ricerca da fare, ma il design a forma di fungo ha funzionato abbastanza bene per i dispositivi di fissaggio meccanici morbidi.”
Se esaminato da vicino, il mondo naturale presenta un’abbondanza di meccanismi di interblocco meccanici. Le vespe e le api, ad esempio, si sono evolute per sviluppare sistemi naturali per fissare le ali ai loro corpi quando atterrano, e molti dei prodotti adesivi più popolari al mondo si basano su tali progetti organici.
Il VELCRO è stato inizialmente ispirato dai semi di bardana, mentre l’analogo sistema “3M dual lock” è stato ampiamente utilizzato nei settori medico e tessile. Tuttavia, come con molti materiali di fissaggio, sono dotati di rigidi meccanismi di interblocco che lasciano danni permanenti quando attaccati a determinati tessuti, limitandone l’uso all’interno di applicazioni specifiche.
Sebbene negli ultimi anni siano state progettate diverse alternative, comprese quelle con ganci a forma di pestello, la loro rigidità provoca ancora danni, che rimane un difetto critico. Per superare queste insidie, il team olandese sostiene che è necessaria una nuova classe di materiali privi di residui, quindi ha scelto di sviluppare il proprio adesivo influenzato dai funghi.
Sebbene la litografia sia spesso utilizzata per modellare elastomeri morbidi, la creazione di caratteristiche interbloccabili richiede un livello di precisione inferiore al millimetro. Di conseguenza, gli scienziati hanno scelto di stampare in 3D SLA i loro adesivi da un polimero PDMS e, una volta stampati, i materiali hanno mostrato caratteristiche simili a funghi fino a 200 μm.
Per valutare l’efficacia del loro design, il team olandese ha quindi misurato la forza di campioni di diversa densità che venivano “estratti” da tre tessuti sintetici di nylon. I risultati hanno mostrato che il PDMS ha superato un tradizionale materiale a doppia chiusura 3M in ogni area, attaccandosi a ciascun tessuto senza causare alcun danno.
Tuttavia, utilizzando l’analisi video, gli scienziati hanno successivamente scoperto che la pressione necessaria sul dispositivo di fissaggio stampato per ottenere l’interblocco era molto più alta della presa ottenuta. Per contrastare questo, il team olandese ha teorizzato che le versioni future potrebbero presentare “steli di funghi” più corti, che richiedono meno compressione per attaccarsi al tessuto.
Allo stesso modo, è stato riscontrato che i campioni con una maggiore densità delle caratteristiche ottengono una maggiore adesione, poiché la presenza di funghi vicini apparentemente stimolava una maggiore penetrazione del nylon. In totale, il dispositivo di fissaggio degli scienziati ha raggiunto un attacco massimo di 64 mN / cm 2 , ma sebbene questo sia inferiore rispetto agli studi precedenti, lo hanno fatto senza danneggiare il materiale ospite.
Nel complesso, il team considera il modo in cui sono stati in grado di modificare attivamente le proprietà dei loro dispositivi di fissaggio durante la loro ricerca, come il loro principale passo avanti. Le future iterazioni del materiale potrebbero essere utilizzate come pinze per la robotica morbida verticale o implementate all’interno di contesti agricoli nelle applicazioni di uso finale.
Precisione nella microfabbricazione
Mentre i ricercatori sono riusciti a stampare il loro materiale con caratteristiche fino a 200 μm, il recente aumento delle tecnologie di microfabbricazione ha consentito la produzione precisa di parti ancora più piccole e complesse.
Lo specialista della stampa 3D su microscala Boston Micro Fabrication (BMF), ad esempio, produce sistemi che, secondo quanto riferito, possono fabbricare su una scala più di 100 volte più piccola di un capello umano . L’azienda commercializza la sua tecnologia proprietaria tramite le sue macchine microArch, che ha rinominato e lanciato lo scorso anno.
Il produttore tedesco di sistemi a due fotoni Nanoscribe , nel frattempo, utilizza la sua tecnologia come mezzo per alimentare la sua stampante Quantum X 3D . L’ultima macchina dell’azienda è in grado di fabbricare microottiche rifrangenti e diffrattive di dimensioni nanometriche, con dettagli fino a 200 micron.
Su una scala più ampia, lo specialista di micro-dispensazione nScrypt ha ottenuto un brevetto per una stampante 3D di precisione basata su gantry nell’aprile 2019. Se entrerà in produzione, la macchina basata su trave modulare potrebbe presentare più sistemi di controllo del movimento, consentendo agli utenti di stampare più grandi oggetti con un maggior grado di precisione.
I risultati dei ricercatori sono descritti in dettaglio nel loro documento intitolato ” Hooked on funghi: preparazione e meccanica di una chiusura probabilistica morbida bioispirata. ”La ricerca è stata co-autore di Preeti Sharm, Vittorio Saggiomo, Vincent van der Doef, Marleen Kamperman e Joshua A. Dijksman.
