生体医工学に革命を起こす:スマート電気機械材料の 4D プリンティング

カルロス 3 世大学、スペイン、マドリッド

新しいスマート プリンターは、押出パラメータを継続的に調整することで、柔軟な多機能材料の製造を可能にします。実験的手法と計算的手法を組み合わせて、生体組織を模倣した機械的特性を備えた導電性および磁気活性材料を印刷します。 （画像：UC3M）

マドリード カルロス 3 世大学 (UC3M) の研究者は、生物医学分野に応用できる 4D プリンター用のソフトウェアとハードウェアを開発しました。このマシンでは、3D プリントに加えて、追加機能の制御も可能です。つまり、外部磁場下で形状変化が発生したり、機械的変形下で電気的特性の変化が発生したりするように、材料の反応をプログラムすることができます。

この研究ラインは、脳や皮膚などの生体組織を模倣した機械的特性を備えた材料で構成される、柔軟な多機能構造の開発に焦点を当てています。さらに、磁場や電流などの外部刺激によって作動すると、その形状や特性が変化することがあります。

これまで、この研究チームはこれらの構造の設計と製造においていくつかの進歩を遂げてきましたが、形状設計とインテリジェントな応答のプログラミングという点では非常に限られていました。 Advanced Materials Technologies 誌に掲載された最新の研究で発表された成果 新しい 4D プリンティング手法を開発することで、新たな可能性を開くことができました。

「この技術により、三次元構造を印刷する方法を制御できるだけでなく、外部磁場の作用に応じてその特性や形状を変化させる能力や、変形時に電気的特性を変更する能力も与えることができます」と研究者の一人、ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) プロジェクトの責任者であり、UC3M 連続体学部准教授のダニエル・ガルシア・ゴンザレス氏は説明した。力学と構造理論。

このタイプの印刷は、印刷プロセス中に押し出される材料が液体から固体に変化するため、複雑です。したがって、製造プロセスを適応させ、プリンターのノズルを通って流れるときには十分に液体であるが、特定の形状を維持できるほど十分に固体である材料を得るには、材料力学を理解する必要があります。

この目的を達成するために、彼らは理論的手法と実験的手法を組み合わせた学際的な方法論を開発し、ハードウェアとソフトウェアを含む印刷デバイスをゼロから構築できるようにしました。

研究者らはまた、外部からの作用を必要とせずに自律的に治癒できる新しい材料概念を開発した。 「この材料は、残留磁場を持つ磁性粒子が埋め込まれた柔らかいポリマーマトリックスで構成されています。実際の目的としては、あたかも小さな磁石が材料中に分散されているようなものです。そのため、もし壊れても、結果として得られた部品が再び結合されると、それらは物理的に結合して構造的完全性を回復します。」とゴンザレス氏は述べています。

これらの進歩のおかげで、チームは 3 種類の機能性材料を印刷することができました。自己修復能力を持つ人もいます。形状や変形に応じて電気的特性 (導電率) が変化するものもあります。

自己修復機能を備え、変形に応じて電気伝導特性が変化する材料を組み合わせることで、センサーやソフト ロボットの開発に大きな可能性が開かれます。

詳細については、Fco にお問い合わせください。ハビエル アロンソ このメール アドレスはスパムボットから保護されています。閲覧するにはJavaScriptを有効にする必要があります。; 916-249-035 。