Onderzoekers van de North Carolina State University hebben 3D-geprinte flexibele mesh-structuren gemaakt die kunnen worden bestuurd met aangelegde magnetische velden terwijl ze op het water drijven. De structuren kunnen kleine voorwerpen grijpen en waterdruppels dragen, waardoor ze het potentieel hebben om nuttig te zijn als zachte robots die wezens nabootsen die op wateroppervlakken leven of die kunnen dienen als weefselsteigers voor celculturen.

"Dit onderzoek toont mogelijkheden op het opkomende gebied van het combineren van 3D-printen en zachte robotica, " zei Orlin Velev, S. Frank en Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering bij NC State en corresponderende auteur van een paper waarin het onderzoek wordt beschreven.

Om deze structuren te creëren, de onderzoekers maakten een "inkt" van siliconenmicrobeads, gebonden door vloeibare siliconen en opgenomen in water. De resulterende "homocomposiet thixotrope pasta" lijkt op gewone tandpasta, die gemakkelijk uit een tube kan worden geperst, maar zijn vorm behoudt op je tandenborstel zonder te druppelen. De onderzoekers gebruikten een 3D-printer om de pasta in gaasachtige patronen te vormen. De patronen worden vervolgens uitgehard in een oven om flexibele siliconenstructuren te creëren die kunnen worden gecontroleerd - uitgerekt en ingeklapt - door de toepassing van magnetische velden.

"Deze zelfversterkte pasta stelt ons in staat structuren te creëren die ultrazacht en flexibel zijn, " zei Sangchul Roh, een NC State Ph.D. student in het laboratorium van Velev en eerste auteur van het artikel.

"Inbedding van ijzercarbonyldeeltjes, die algemeen verkrijgbaar zijn en een hoge magnetisatie hebben, stelt ons in staat om een ​​sterke respons te geven op magnetische veldgradiënten, " voegde Joseph Tracy eraan toe, hoogleraar materiaalkunde en engineering en een senior co-onderzoeker van het project.

"De structuren zijn ook auxetisch, wat betekent dat ze in alle richtingen kunnen uitzetten en inkrimpen, "Zei Velev. "Met 3D-printen, we kunnen de vorm controleren voor en na het aanleggen van het magnetische veld."

Door de eigenschappen van de constructies kunnen ze ook worden gebruikt terwijl ze op het water drijven, vergelijkbaar met waterstriders, of insecten die over wateroppervlakken scheren of springen.

"Het nabootsen van levende weefsels in het lichaam is een andere mogelijke toepassing voor deze structuren, ' zei Roh.

In de krant, gepubliceerd in een speciale uitgave van Geavanceerde materiaaltechnologieën , de onderzoekers lieten zien hoe ze herconfigureerbare meshes konden ontwerpen, een structuur die een klein balletje aluminiumfolie kan "pakken" en een structuur die een enkele waterdruppel kan "dragen" en deze vervolgens op verzoek door het gaas kan loslaten.

"Voor nu, dit is een proof-of-concept in een vroeg stadium voor een zachte robotactuator, ' zei Velev.