Des chercheurs de l’Université Carlos III de Madrid (UC3M) ont créé des logiciels et du matériel pour une imprimante 4D avec des purposes dans le domaine biomédical. En as well as de l’impression 3D, cette machine permet de contrôler des fonctions supplémentaires : programmer la réponse du matériau de sorte qu’un changement de forme se produise sous un champ magnétique externe, ou que des changements dans ses propriétés électriques se développent sous une déformation mécanique. Cela ouvre la porte à la conception de robots mous ou de capteurs intelligents et de substrats qui transmettent des signaux à différents systèmes cellulaires, entre autres applications.
Cette ligne de recherche se concentre sur le développement de buildings souples multifonctionnelles, constituées de matériaux aux propriétés mécaniques imitant les tissus biologiques tels que le cerveau ou la peau. De furthermore, ils sont capables de changer de forme ou de propriétés lorsqu’ils sont actionnés par des stimuli externes, tels que des champs magnétiques ou des courants électriques.
Jusqu’à présent, cette équipe de chercheurs avait réalisé plusieurs avancées dans la conception et la fabrication de ces structures, mais elles étaient très limitées en termes de condition-design and style et de programmation de réponses intelligentes. Les travaux présentés dans leur dernière étude, publiée dans la revue State-of-the-art Products Technologies, leur ont permis d’ouvrir de nouvelles possibilités en développant une nouvelle méthodologie d’impression 4D. “Cette technologie nous permet non seulement de contrôler la façon dont nous imprimons des constructions tridimensionnelles, mais aussi de leur donner la possibilité de modifier leurs propriétés ou leur géométrie en réponse à l’action de champs magnétiques externes, ou la possibilité de modifier leurs propriétés électriques lorsque ils se déforment », explique l’un des chercheurs, Daniel García González, responsable du projet ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) et professeur associé au département Mécanique des continus et théorie des buildings de l’UC3M.
Ce type d’impression est complexe vehicle le matériau à extruder passe du liquide au solide pendant le processus d’impression. Il est donc nécessaire de comprendre la dynamique du matériau pour adapter le processus de fabrication et obtenir un matériau suffisamment liquide lorsqu’il s’écoule à travers la buse de l’imprimante mais, en même temps, suffisamment solide pour conserver une forme spécifique. À cette fin, ils ont développé une méthodologie interdisciplinaire qui incorporate des techniques théoriques et expérimentales leur permettant de construire de toutes pièces le dispositif d’impression, à la fois la partie physique du dispositif (le matériel) et les programmes informatiques qui permettent de le contrôler (le logiciel ).
Un matériau car-cicatrisant
Les chercheurs ont également développé un nouveau principle de matériau capable de se guérir de manière autonome sans avoir besoin d’action extérieure, selon une autre publication récente dans la revue Composites Element B : Engineering. “Ce matériau est constitué d’une matrice polymère molle incrustée de particules magnétiques à champ rémanent. En pratique, c’est comme si on avait de petits aimants répartis dans le matériau, de sorte que, s’il se brise, lorsque les pièces résultantes sont à nouveau réunies, ils se rejoindront physiquement en récupérant leur intégrité structurelle », explique Daniel García González.
Grâce à ces avancées, qui ont conduit à plusieurs brevets déposés, ces scientifiques ont pu imprimer trois varieties de matériaux fonctionnels : certains qui changent de forme et de propriétés en réponse aux champs magnétiques externes d’autres avec une capacité d’auto-guérison et d’autres dont les propriétés électriques (conductivité) varient selon leur forme ou leur déformation. Avec le leading style de matériau, ils ont développé des substrats intelligents pour transmettre des forces et des signaux aux systèmes cellulaires, afin qu’ils puissent influencer les processus biologiques tels que la prolifération ou la migration cellulaire. Ces matériaux peuvent également être utilisés pour concevoir des robots mous dont les performances peuvent être contrôlées par des champs magnétiques.
La combinaison de matériaux dotés de capacités d’auto-réparation et dont les propriétés de conduction électrique varient avec la déformation ouvre d’énormes possibilités dans le développement de capteurs. “On peut penser à des capteurs qui, attachés à notre corps, collectent des informations sur notre mouvement à partir des variations de conductivité électrique. De plus, la capacité d’auto-guérison du matériau permet la conception de capteurs avec des signaux binaires. Par exemple, si nous avons eu un blessure au genou et nécessité de limiter la rotation à une valeur maximale, nous pouvons incorporer une petite bande de ce matériau sur notre articulation.Ainsi, lorsque nous dépassons cette rotation maximale, le matériau se brisera en montrant un changement brusque de ses propriétés électriques, fournissant ainsi un signal d’avertissement. Cependant, lors du retour du genou à un état détendu, la capacité de guérison du matériau entraînera la récupération du sign électrique. De cette façon, nous pouvons surveiller nos mouvements et avertir des circumstances à risque après la chirurgie ou pendant les périodes de rééducation “, explique Daniel Garcia González.
Entretien vidéo avec Daniel García : https://youtu.be/NpK6YaHzDGU