ساخت انگشت مصنوعی انعطاف پذیر بدون اتصال مکانیکی

محققان از الاستومر دو دانه ای قابل چاپ سه بعدی یا به اختصار DNGE برای چاپ نمونه اولیه یک «انگشت» که توسط «استخوان» سفت و سخت و بافت «گوشت» انعطاف پذیر احاطه شده است، استفاده کردند.

محققان دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان (EPFL) روشی را کشف کرده‌اند که می‌تواند زمینه رباتیک نرم و پوشیدنی را تغییر دهد.

ایجاد محصولات رباتیک نرم و سبک وزن یا دستگاه های پوشیدنی بدون به خطر انداختن عملکرد آنها مدت هاست که یک چالش بوده است. استفاده از مواد سنگین نه تنها به انرژی بیشتری برای حرکت نیاز دارد، بلکه باعث ایجاد ناراحتی به خصوص در مورد وسایل پوشیدنی یا پروتز می شود.

پلاستیک ها به عنوان مواد محبوب برای چنین کاربردهایی ظاهر شده اند. آنها پلیمرهای مصنوعی با طیف وسیعی از خواص مکانیکی هستند. با این حال، ساخت پلیمرهایی که می توانند به ساختارهای سه بعدی پیچیده با سختی متغیر تبدیل شوند، یک مانع بزرگ تاکنون بوده است.

استر امستاد، رئیس آزمایشگاه مواد نرم در École Polytechnique Fédérale de Lozanne در این باره توضیح داد: الاستومرها معمولاً به گونه‌ای قالب‌گیری می‌شوند که ترکیب آن‌ها را نمی‌توان در هر سه بعد در مقیاس‌های کوتاه تغییر داد. برای غلبه بر این مشکل، ما DNGE ها را توسعه دادیم که الاستومرهای دو دانه ای قابل چاپ سه بعدی با خواص مکانیکی بی سابقه ای متغیر هستند.

اوا بور، دانشجوی دکترا، از فناوری DNGE برای چاپ نمونه اولیه انگشتی که با استخوان جامد احاطه شده است، استفاده کرد. هدف انگشت نشان دادن این است که می توان وسایلی ساخت که به اندازه کافی انعطاف پذیر برای خم شدن و کشش هستند، اما به اندازه کافی قوی برای دستکاری اشیا هستند.

شبکه را دو برابر کنید، تنوع را دو برابر کنید

محققان دو شبکه لاستیک مصنوعی طراحی کردند. ریزذرات الاستیک حاصل از قطرات امولسیون روغن در آب در محلول اولیه قرار می گیرند، جایی که جذب می شوند و به ترکیبات الاستیک متورم می شوند. سپس از ریزذرات متورم شده برای ساخت جوهر قابل چاپ سه بعدی استفاده می شود که برای ایجاد ساختار مورد نظر به چاپگر زیستی وارد می شود. ماده اولیه در ساختار پرینت سه بعدی پلیمریزه شده و دومین شبکه انعطاف پذیر را ایجاد می کند. این مش دوم کل جسم را تقویت می کند.

در حالی که ترکیب مش اول استحکام ساختار را تعیین می کند، مش دوم برای تقویت کل بدنه عمل می کند. این دو تار را می توان به طور مستقل برای دستیابی به ترکیبی از سفتی و استحکام تنظیم کرد.

علاوه بر این، استفاده از الاستومرها بر روی هیدروژل ها، ماده ای که در روش های پیشرفته استفاده می شود، مزیت ایجاد ساختارهای بدون آب را دارد که در طول زمان پایدارتر هستند. علاوه بر این، DNGE ها را می توان با استفاده از چاپگرهای سه بعدی تجاری موجود چاپ کرد.

فناوری DNGE را می توان در پروتز و راهنمای حرکت برای کمک به جراحان استفاده کرد.

کاربردها و دیدگاه های بالقوه

توسعه DNGE ها امکان استفاده از طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه را فراهم می کند. یکی از کاربردهای امیدوارکننده در زمینه توانبخشی، هدایت حرکتی است. توانایی پشتیبانی از حرکت در یک جهت و محدود کردن آن در جهت دیگر می تواند پیشرفت بزرگی در توسعه پروتزها و راهنمای حرکت برای کمک به جراحان باشد. علاوه بر این، توانایی درک حرکات از راه دور می تواند در مناطقی مانند برداشت محصول به کمک ربات یا اکتشاف زیر آب بسیار ارزشمند باشد.

جزئیات این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شد.

منبع: خبرگزاری ایسنا