생체의학 공학의 혁신:스마트 전자 기계 재료의 4D 프린팅

스페인 카를로스 3세 대학교(Universidad Carlos III de Madrid)

새로운 스마트 프린터를 사용하면 압출 매개변수를 지속적으로 조정하여 부드러운 다기능 재료를 제조할 수 있습니다. 실험적 방법과 계산 방법을 결합하여 생물학적 조직을 모방한 기계적 특성을 지닌 전도성 및 자기 활성 물질을 인쇄합니다. (이미지 :UC3M)

Universidad Carlos III de Madrid(UC3M)의 연구원들은 생의학 분야에 응용할 수 있는 4D 프린터용 소프트웨어와 하드웨어를 만들었습니다. 3D 프린팅 외에도 이 기계를 사용하면 추가 기능을 제어할 수 있습니다. 즉, 외부 자기장 하에서 모양이 변하도록 재료의 반응을 프로그래밍하거나 기계적 변형으로 인해 전기적 특성이 변화하도록 프로그래밍하는 것입니다.

이 연구 라인은 뇌나 피부와 같은 생물학적 조직을 모방하는 기계적 특성을 가진 재료로 구성된 부드러운 다기능 구조의 개발에 중점을 두고 있습니다. 또한 자기장이나 전류와 같은 외부 자극을 통해 작동되면 모양이나 특성이 바뀔 수 있습니다.

지금까지 이 연구진 팀은 이러한 구조의 설계 및 제조에 있어 여러 가지 발전을 이루었지만 형상 설계 및 지능형 반응 프로그래밍 측면에서 매우 제한적이었습니다. Advanced Materials Technologies, 저널에 게재된 최신 연구에서 발표된 연구 결과 새로운 4D 프린팅 방법론을 개발하여 새로운 가능성을 열었습니다.

ERC 4D-BIOMAP(GA 947723) 프로젝트 책임자이자 UC3M 연속 역학 및 구조학과 부교수인 다니엘 가르시아 곤잘레스(Daniel García González) 연구원은 "이 기술을 사용하면 3차원 구조를 인쇄하는 방식을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 외부 자기장의 작용에 반응하여 특성이나 기하학적 구조를 변경하거나 변형 시 전기적 특성을 수정할 수 있는 기능을 제공할 수 있습니다."라고 설명했습니다. 이론.

이러한 유형의 인쇄는 인쇄 과정에서 압출되는 재료가 액체에서 고체로 전환되기 때문에 복잡합니다. 따라서 제조 공정을 조정하고 프린터 노즐을 통해 흐를 때 충분히 액체이지만 특정 모양을 유지할 수 있을 만큼 견고한 재료를 얻기 위해서는 재료 역학을 이해하는 것이 필요합니다.

이를 위해 그들은 하드웨어와 소프트웨어를 포함하여 처음부터 인쇄 장치를 구축할 수 있도록 이론과 실험 기술을 결합한 학제간 방법론을 개발했습니다.

연구진은 또한 외부 조치 없이도 스스로 스스로 치유할 수 있는 새로운 물질 개념을 개발했습니다. "이 재료는 잔류장을 갖는 자성 입자가 내장된 부드러운 폴리머 매트릭스로 구성됩니다. 실용적인 목적을 위해 재료에 작은 자석이 분산되어 있는 것과 같으므로, 재료가 파손될 경우 결과 부품이 다시 결합될 때 구조적 무결성을 회복하기 위해 물리적으로 결합하게 됩니다."라고 González는 말했습니다.

이러한 발전 덕분에 팀은 세 가지 유형의 기능성 재료를 인쇄할 수 있었습니다. 일부는 외부 자기장에 반응하여 모양과 특성을 변경합니다. 자가 치유 능력을 가진 다른 사람들; 모양이나 변형에 따라 전기적 특성(전도도)이 달라지는 기타 제품

자가 치유 능력이 있고 변형에 따라 전기 전도 특성이 달라지는 재료의 조합은 센서 및 소프트 로봇 개발에 엄청난 가능성을 열어줍니다.

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