Da bi unapredili meku robotiku, elektroniku integrisanu u kožu i biomedicinske uređaje, istraživači u Penn State-u su razvili 3D štampani materijal koji je mekan i rastezljiv – osobine potrebne za usklađivanje svojstava tkiva i organa – i koji se samosastavlja. Njihov pristup koristi proces koji eliminiše mnoge nedostatke prethodnih metoda proizvodnje, kao što su manja provodljivost ili kvar uređaja, rekao je tim.
Objavili su svoje rezultate u časopisu Napredni materijali.
„Ljudi razvijaju mekane i rastezljive provodnike skoro deceniju, ali provodljivost obično nije velika“, rekao je odgovarajući autor Tao Zhou, docent za inženjerske nauke i mehaniku i biomedicinsko inženjerstvo na fakultetu za inženjering i inženjering u državi Penn State. nauku o materijalima i inženjerstvo na Fakultetu nauka o Zemlji i mineralima.
„Istraživači su shvatili da mogu postići visoku provodljivost sa provodnicima na bazi tečnog metala, ali značajno ograničenje toga je to što je potrebna sekundarna metoda za aktiviranje materijala pre nego što postigne visoku provodljivost.“
Rastezljivi provodnici na bazi tečnog metala pate od inherentne složenosti i izazova koje postavlja proces aktivacije nakon proizvodnje, rekli su istraživači. Sekundarne metode aktivacije uključuju istezanje, kompresiju, trenje smicanja, mehaničko sinterovanje i lasersku aktivaciju, što sve može dovesti do izazova u proizvodnji i može uzrokovati curenje tečnog metala, što rezultira kvarom uređaja.
„Naš metod ne zahteva nikakvu sekundarnu aktivaciju da bi materijal bio provodljiv“, rekao je Džou, koji takođe ima veze sa Institutom za nauke o životu Hak i Institutom za istraživanje materijala. „Materijal se može samostalno sastaviti kako bi njegova donja površina bila veoma provodljiva, a gornja površina samoizolovana.“
U novoj metodi, istraživači kombinuju tečni metal, provodljivu polimernu mešavinu pod nazivom PEDOT:PSS i hidrofilni poliuretan koji omogućava da se tečni metal transformiše u čestice.
Kada se kompozitni meki materijal odštampa i zagreje, čestice tečnog metala na njegovoj donjoj površini se same sklapaju u provodni put. Čestice u gornjem sloju su izložene okruženju bogatom kiseonikom i oksidiraju, formirajući izolovani gornji sloj.
Provodni sloj je kritičan za prenošenje informacija do senzora – kao što su snimci mišićne aktivnosti i detekcija naprezanja na telu – dok izolovani sloj pomaže u sprečavanju curenja signala koje može dovesti do manje preciznog prikupljanja podataka.
„Naša inovacija ovde je materijalna“, rekao je Džou. „Uobičajeno, kada se tečni metali pomešaju sa polimerima, oni nisu provodljivi i zahtevaju sekundarnu aktivaciju da bi se postigla provodljivost. Ali ove tri komponente omogućavaju samosastavljanje koje proizvodi visoku provodljivost mekog i rastegljivog materijala bez sekundarne metode aktivacije.“
Materijal se takođe može 3D štampati, rekao je Džou, što olakšava proizvodnju nosivih uređaja. Istraživači nastavljaju da istražuju potencijalne aplikacije, sa fokusom na pomoćnu tehnologiju za osobe sa invaliditetom.
