Um novo manãtodo de impressão 3D tornara¡ mais fa¡cil a fabricação e o controle da forma de robôs macios, maºsculos artificiais e dispositivos vesta­veis. Pesquisadores da UC San Diego mostram que, ao controlar a temperatura de impressão do elasta´mero de cristal la­quido, ou LCE, eles podem controlar o grau de rigidez e a capacidade de contração do material - também conhecido como grau de atuação. Além do mais, eles são capazes de alterar a rigidez de diferentes áreas no mesmo material, expondo-o ao calor.

Como prova de conceito, os pesquisadores imprimiram em 3-D em uma única impressão, com uma única tinta, estruturas cuja rigidez e atuação variam em ordens de magnitude, de zero a 30 por cento. Por exemplo, uma área da estrutura LCE pode se contrair como maºsculos; e outro pode ser flexa­vel, como tendaµes. A descoberta foi possí­vel porque a equipe estudou de perto o LCE para entender melhor suas propriedades materiais .

A equipe, liderada por Shengqiang Cai, professor do Departamento de Engenharia Meca¢nica e Aeroespacial da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs, detalha seu trabalho na edição de 25 de setembro da Science Advances .

Os pesquisadores foram inspirados a criar este material com diferentes graus de atuação por exemplos na biologia e na natureza. Além da combinação de maºsculo e tenda£o, os pesquisadores pegaram dicas do bico da lula, que éextremamente ra­gido na ponta, mas muito mais macio e malea¡vel onde estãoconectado a  boca da lula.

"A impressão 3D éuma a³tima ferramenta para fazer tantas coisas diferentes - e éainda melhor agora que podemos imprimir estruturas que podem se contrair e enrijecer conforme desejado sob um determinado esta­mulo, neste caso, calor", disse Zijun Wang, o primeiro autor do artigo e um Ph.D. aluna do grupo de pesquisa do Cai.

Para entender como ajustar as propriedades do material do LCE, os pesquisadores primeiro estudaram o material muito de perto. Eles determinaram que o filamento LCE impresso éfeito de uma casca e um núcleo. Enquanto a casca esfria rapidamente após a impressão, tornando-se mais ra­gida, o núcleo esfria mais lentamente, permanecendo mais malea¡vel.

Como resultado, os pesquisadores foram capazes de determinar como variar vários parametros no processo de impressão, especialmente a temperatura, para ajustar as propriedades meca¢nicas do LCE. Resumindo, quanto mais alta a temperatura de impressão, mais flexa­vel e malea¡vel éo material. Enquanto a preparação da tinta LCE leva alguns dias, a impressão 3D real pode ser feita em apenas 1 a 2 horas, dependendo da geometria da estrutura que estãosendo impressa.

"Com base na relação entre as propriedades do filamento LCE e os parametros de impressão, éfa¡cil construir estruturas com propriedades de material graduadas", disse Cai.

Por exemplo, os pesquisadores imprimiram um disco LCE a 40 graus C (104 F) e o aqueceram até90 graus C (194 F) em águaquente. O disco deformado em uma forma ca´nica. Mas um disco LCE composto de áreas que são impressas em diferentes temperaturas (40, depois 80 e 120 graus Celsius, por exemplo), deformado em uma forma completamente diferente quando aquecido.

Os pesquisadores também imprimiram estruturas 3D feitas de duas camadas de LCE com propriedades diferentes e mostraram que isso dava ao material ainda mais graus de liberdade para atuar. Os pesquisadores também imprimiram estruturas trelia§adas com o material, que poderiam ser usadas em aplicações médicas .

Finalmente, como uma prova de conceito, a equipe 3-D imprimiu um tubo LCE que havia ajustado durante a impressão 3-D e mostrou que ele poderia aderir a uma placa de vidro ra­gida por muito mais tempo quando atuado em altas temperaturas, cerca de 94 C (201 F), do que um tubo LCE regular com propriedades homogaªneas. Isso poderia levar a  fabricação de melhores panãs e garras roba³ticas.

A atuação do material poderia ser ativada não apenas em águaquente, mas também pela infusão de LCE compartículas sensa­veis ao calor oupartículas que absorvem a luz e a convertem em calor - qualquer coisa, desde pa³ de tinta preta atégrafeno. Outro mecanismo seria imprimir em 3-D as estruturas com fios elanãtricos que geram calor embutidos no LCE.

As próximas etapas incluem encontrar uma maneira de ajustar as propriedades do material com mais precisão e eficiência. Os pesquisadores também estãotrabalhando na modificação da tinta para que as estruturas impressas possam ser autorrepara¡veis, reprograma¡veis ​​e recicla¡veis.