Robôs impressos em 3D com ossos, ligamentos e tendões

A impressão 3D está avançando rapidamente e a gama de materiais que podem ser utilizados expandiu-se consideravelmente. Embora a tecnologia estivesse anteriormente limitada a plásticos de cura rápida, agora também se tornou adequada para plásticos de cura lenta. Estes apresentam vantagens decisivas, pois possuem propriedades elásticas melhoradas e são mais duráveis ​​e robustos.

O uso desses polímeros é possível graças a uma nova tecnologia desenvolvida por pesquisadores da ETH Zurich e de uma start-up norte-americana. Como resultado, os pesquisadores agora podem imprimir em 3D robôs complexos e mais duráveis ​​a partir de uma variedade de materiais de alta qualidade de uma só vez. Esta nova tecnologia também facilita a combinação de materiais macios, elásticos e rígidos. Os pesquisadores também podem usá-lo para criar estruturas delicadas e peças com cavidades conforme desejado.

Materiais que retornam ao seu estado original

Usando a nova tecnologia, pesquisadores da ETH Zurique conseguiram pela primeira vez imprimir uma mão robótica com ossos, ligamentos e tendões feitos de diferentes polímeros de uma só vez. Os pesquisadores da Suíça e dos EUA publicaram agora em conjunto a tecnologia e seus exemplos de aplicações na revista Natureza.

“Não teríamos sido capazes de fazer esta mão com os poliacrilatos de cura rápida que temos usado na impressão 3D até agora”, explica Thomas Buchner, aluno de doutorado do grupo de robótica da ETH Zurich, professor Robert Katzschmann e primeiro autor. do estudo.

“Agora estamos usando polímeros de tioleno de cura lenta. Eles têm propriedades elásticas muito boas e retornam ao seu estado original muito mais rápido após serem dobrados do que os poliacrilatos.” Isso torna os polímeros de tioleno ideais para produzir os ligamentos elásticos da mão robótica.

Além disso, a rigidez dos tiolenos pode ser muito bem ajustada para atender aos requisitos dos robôs leves. “Os robôs feitos de materiais macios, como a mão que desenvolvemos, têm vantagens sobre os robôs convencionais feitos de metal. Por serem macios, há menos risco de ferimentos quando trabalham com humanos e são mais adequados para manusear mercadorias frágeis ”, explica Katzschmann.

Digitalizando em vez de raspar

As impressoras 3D normalmente produzem objetos camada por camada: os bicos depositam um determinado material em forma viscosa em cada ponto; uma lâmpada UV cura cada camada imediatamente. Os métodos anteriores envolviam um dispositivo que raspava as irregularidades da superfície após cada etapa de cura. Isto funciona apenas com poliacrilatos de cura rápida. Polímeros de cura lenta, como tiolenos e epóxis, obstruiriam o raspador.

Para acomodar o uso de polímeros de cura lenta, os pesquisadores desenvolveram ainda mais a impressão 3D, adicionando um scanner a laser 3D que verifica imediatamente cada camada impressa em busca de irregularidades na superfície.

“Um mecanismo de feedback compensa essas irregularidades ao imprimir a próxima camada, calculando quaisquer ajustes necessários na quantidade de material a ser impresso em tempo real e com extrema precisão”, explica Wojciech Matusik, professor do Massachusetts Institute of Technology (MIT). nos EUA e coautor do estudo. Isto significa que, em vez de suavizar camadas irregulares, a nova tecnologia simplesmente leva em conta as irregularidades ao imprimir a próxima camada.

A Inkbit, uma spin-off do MIT, foi responsável pelo desenvolvimento da nova tecnologia de impressão. Os pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram diversas aplicações robóticas e ajudaram a otimizar a tecnologia de impressão para uso com polímeros de cura lenta.

Na ETH Zurique, o grupo de Katzschmann utilizará a tecnologia para explorar novas possibilidades e projetar estruturas ainda mais sofisticadas e desenvolver aplicações adicionais. A Inkbit planeja usar a nova tecnologia para oferecer um serviço de impressão 3D aos seus clientes e vender as novas impressoras.