Les organismes vivants dilatent et contractent les tissus mous pour obtenir des complexes, Mouvements et fonctions 3D, mais reproduire ces mouvements avec des matériaux synthétiques s'est avéré difficile.

Un chercheur de l'Université du Texas à Arlington a récemment publié des recherches révolutionnaires sur Communication Nature qui est prometteur pour trouver une solution.

Kyungsuk Miam, professeur assistant au Département de Science et Génie des Matériaux de l'UTA, et son doctorant, Amiral Nojoomi, ont développé un processus par lequel les hydrogels 2D peuvent être programmés pour se dilater et se rétrécir d'une manière contrôlée dans l'espace et dans le temps qui applique une force sur leurs surfaces, permettant la formation de formes et de mouvements 3-D complexes.

Ce processus pourrait potentiellement transformer la façon dont les systèmes ou dispositifs d'ingénierie logicielle sont conçus et fabriqués. Les applications potentielles de la technologie incluent la robotique douce bioinspirée, les muscles artificiels - qui sont des matériaux mous qui changent de forme ou se déplacent en réponse à des signaux externes comme le font nos muscles - et la matière programmable. Le concept est également applicable à d'autres matériaux programmables.

"Nous avons étudié comment les organismes biologiques utilisent des tissus mous déformables en continu tels que les muscles pour créer des formes, changer de forme et bouger car nous étions intéressés à utiliser ce type de méthode pour créer des structures 3D dynamiques, " Miam dit.

Son approche utilise des hydrogels sensibles à la température avec des degrés locaux et des taux de gonflement et de rétrécissement. Ces propriétés permettent à Yum de programmer spatialement la manière dont les hydrogels gonflent ou rétrécissent en réponse aux changements de température à l'aide d'une méthode d'impression numérique à lumière 4-D qu'il a développée et qui inclut trois dimensions plus le temps.

En utilisant cette méthode, Yum peut imprimer plusieurs structures 3D simultanément en une seule étape. Puis, il programme mathématiquement le rétrécissement et le gonflement des structures pour former des formes 3D, comme les formes de selle, rides et cônes, et leur orientation.

Il a également développé des règles de conception basées sur le concept de modularité pour créer des structures encore plus complexes, y compris des structures bio-inspirées avec des mouvements séquentiels programmés. Cela rend les formes dynamiques afin qu'elles puissent se déplacer dans l'espace. Il peut également contrôler la vitesse à laquelle les structures changent de forme et créent ainsi des complexes, mouvement séquentiel, comme la façon dont une raie nage dans l'océan.

"Contrairement à la fabrication additive traditionnelle, notre méthode d'impression numérique 4-D nous permet d'imprimer plusieurs, des structures 3D conçues sur mesure simultanément. Plus important encore, notre méthode est très rapide, en moins de 60 secondes à imprimer, et donc hautement évolutif."

"L'approche du Dr Yum pour créer des structures 3D programmables a le potentiel d'ouvrir de nombreuses nouvelles avenues en robotique bioinspirée et en ingénierie tissulaire. La rapidité avec laquelle son approche peut être appliquée, ainsi que son évolutivité, en fait un outil unique pour de futures recherches et applications, " dit Mélétis.

Le papier de Miam, "Structures 3D bio-inspirées à morphologies et mouvements programmables, " a été publié dans le numéro du 12 septembre de Communication Nature .