Para avanzar en la robótica blanda, la electrónica integrada en la piel y los dispositivos biomédicos, los investigadores de Penn State han desarrollado un material impreso en 3D que es suave y elástico (rasgos necesarios para igualar las propiedades de los tejidos y órganos) y que se autocolecciona. El equipo dijo que su enfoque emplea un proceso que elimina muchos de los inconvenientes de los métodos de fabricación anteriores, como la baja conductividad o las fallas del dispositivo.
Publicaron sus hallazgos. Contenido avanzado.
“La gente ha estado fabricando conductores blandos y estirables durante aproximadamente una década, pero la conductividad generalmente no es muy alta”, dijo el autor correspondiente Tao Zhou, profesor asistente de ciencias de la ingeniería y mecánica en Penn State y en la Facultad de Ingeniería Biomédica. . Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Facultad de Ciencias de la Tierra y Minerales. “Los investigadores descubrieron que podían alcanzar una alta conductividad con un conductor a base de metal líquido, pero la principal limitación es que se requiere un método secundario para activar el material antes de alcanzar una alta conductividad”.
Los conductores estirables a base de metal líquido sufren de una complejidad inherente y los desafíos que plantean los procesos de activación posteriores a la fabricación, dijeron los investigadores. Los métodos de activación secundaria incluyen estiramiento, compresión, fricción por cizallamiento, sinterización mecánica y activación por láser, todos los cuales pueden plantear desafíos en la fabricación y provocar fugas de metal líquido, lo que provoca fallas en el dispositivo.
“Nuestro método no requiere ninguna activación secundaria para que el material sea favorable”, dijo Zhou, quien también está afiliado al Instituto Hooke de Ciencias de la Vida y al Instituto de Investigación de Materiales. “El material puede autoensamblarse, de modo que su superficie inferior es altamente aislante y su superficie superior es autoaislante”.
En el nuevo método, los investigadores utilizaron una mezcla de metal líquido, PEDOT:PSS, y un polímero conductor llamado poliuretano hidrófilo que permite que el metal líquido se convierta en partículas. Cuando el material compuesto blando se imprime y calienta, las partículas de metal líquido en su superficie inferior se depositan en una trayectoria de autoformación. Las partículas de la capa superior se exponen a un ambiente rico en oxígeno y se oxidan, formando una capa superior aislante. La capa conductora es importante para transmitir información al sensor, como registrar la actividad muscular y detectar la tensión corporal, mientras que la capa aislante ayuda a prevenir fugas de señal que pueden conducir a una recopilación de datos menos precisa.
“Nuestra innovación aquí es material”, dijo Chow. “Por lo general, cuando el metal líquido se mezcla con polímeros, no son conductores y requieren activación secundaria para lograr conductividad. Pero estos tres componentes permiten el autoensamblaje que produce materiales elásticos y suaves de alta conductividad sin un método de activación secundario”.
El material también se puede imprimir en 3D, lo que facilita la fabricación de dispositivos portátiles, dijo Chow. Los investigadores continúan explorando aplicaciones potenciales, centrándose en la tecnología de asistencia para personas con discapacidades.
Otros autores del artículo son Salahuddin Ahmed, Marzia Momin y Jiashu Ren, estudiantes de doctorado en el Departamento de Ingeniería, Ciencias y Mecánica de Penn State, y Hyunjin Lee, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Penn State. Este trabajo fue apoyado por el Programa de Subvenciones Semillas Colaborativas de la Universidad Nacional de Tecnología de Taipei-Penn State y el Departamento de Ingeniería, Ciencias y Mecánica, el Instituto de Investigación de Materiales y el Instituto Hook de Ciencias de la Vida en Penn State.
