Ein Team von Ingenieuren der Rutgers University-New Brunswick hat ein menschenähnliches 3D-gedrucktes Smart-Gel Das kann sowohl unter Wasser laufen als auch Gegenstände greifen und bewegen.

Diese neue Technologie könnte zur Entwicklung von weichen Robotern führen, die die Fähigkeit eines Oktopus nachahmen können, unter Wasser zu gehen und gegen Dinge zu stoßen, ohne Schaden zu verursachen.

Darüber hinaus könnte das intelligente Gel für die Herstellung künstlicher Muskeln im Herzen und im Magen sowie für die Diagnose von Krankheiten, die Erkennung und Abgabe von Medikamenten und die Durchführung von Unterwasserinspektionen verwendet werden.

Die Studie ist online in veröffentlicht ACS Applied Materials & Interfaces.

Wie funktioniert es?

Die Forscher entwickelten ein System zum Drucken elektroaktiver Hydrogele mit 3D-Druck, einem festen Material aus etwa 70 Prozent Wasser, das sich bei Aktivierung durch Elektrizität verändern und in Form bringen kann.

Während des Druckprozesses projizieren die Forscher Licht auf eine lichtempfindliche Lösung, die zu einem Gel wird. Dann legen sie das Gel in einen Elektrolyt oder eine Salzwasserlösung und wenden es durch zwei dünne Drähte an.

Die Elektrizität löst Bewegung aus, wie Vorwärtsgehen, Rückwärtsgehen und Ergreifen und Bewegen von Objekten, während die Geschwindigkeit durch Ändern ihrer Abmessungen gesteuert wird. Zum Beispiel ist dünn ist schneller als dick.

Zusätzlich kann sich das Gel in Abhängigkeit von der Stärke der Elektrolytlösung und des elektrischen Feldes biegen oder seine Form ändern.

"Diese Studie zeigt, wie unsere 3D-Drucktechnik das Design, die Größe und die Vielseitigkeit dieses intelligenten Gels erweitern kann." Howon Lee, ein Assistant Professor in der Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik (MAE) und leitender Autor der Studie, sagte in einer Erklärung.

„Mit unserer 3D-Drucktechnik im Mikromaßstab konnten wir beispiellose Bewegungen erzeugen."

Zukünftige Anwendungen

Weiche Materialien wie das Hydrogel sind typischerweise flexibel, billiger in der Herstellung als harte Materialien und können miniaturisiert werden.

Bisherige Forschungen zu Hydrogelen waren jedoch aufgrund ihrer Zweidimensionalität begrenzt.

Die Fähigkeit des Rutger-Teams, Wasserstoff mit 3D zu drucken, hat die Tür zu größeren Möglichkeiten geöffnet.

"Da unsere 3D-Drucktechnik die Möglichkeit bietet, komplexe 3D-Strukturen zu erstellen, können wir komplexere und vielfältigere Betätigungen erzielen", sagte er Daehoon Han, ein Rutgers MAE Doktorand und Hauptautor der Studie.

"Darüber hinaus können wir die Dicke des Aktuators mit unserem 3D-Drucksystem präzise steuern, wodurch wir die Betätigungsgeschwindigkeit steuern können. “

Derzeit ist das größte 3D-gedruckte Hydrogel, das die Forscher geschaffen haben, zwei Zentimeter hoch und einen Zentimeter breit.

Die Forscher glauben, dass sie in der Lage sein werden, die Größe und Form der Struktur für eine Reihe von Anwendungen zu modifizieren, einschließlich Biomedizintechnik und die Schaffung von Soft-Robotern.

"Unsere 3D-Drucktechnik und Kenntnisse des Gels ermöglichen es uns, verschiedene Arten von Gelaktuatoren zu erstellen und zu steuern, die mit herkömmlichen zweidimensionalen (2D) Herstellungsmethoden schwierig herzustellen sind", sagte Han.

"Darüber hinaus ähnelt das Gel menschlichen Geweben, die auch viel Wasser enthalten und sehr weich sind. Daher könnten die mit unserer Technik hergestellten Gel-Aktuatoren in vielen Bereichen eingesetzt werden, darunter in der weichen Robotik und in biomedizinischen Anwendungen. “