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Pesquisadores da Universidade Carlos III de Madrid (UC3M) criaram software e hardware para uma impressora 4D com aplicações no campo biomédico. Além da impressão 3D, esta máquina permite controlar funções extras: programar a resposta do material para que ocorra mudança de forma sob campo magnético externo, ou mudanças em suas propriedades elétricas se desenvolvam sob deformação mecânica. Isso abre as portas para o design de robôs macios ou sensores e substratos inteligentes que transmitem sinais para diferentes sistemas celulares, entre outras aplicações.
Esta linha de investigação centra-se no desenvolvimento de estruturas moles multifuncionais, que consistem em materiais com propriedades mecânicas que mimetizam tecidos biológicos como o cérebro ou a pele. Além disso, eles são capazes de mudar sua forma ou propriedades quando acionados por meio de estímulos externos, como campos magnéticos ou correntes elétricas.
Até agora, essa equipe de pesquisadores havia feito vários avanços no projeto e fabricação dessas estruturas, mas eram muito limitados em termos de design de formas e programação de respostas inteligentes. O trabalho apresentado em seu último estudo, publicado na revista Advanced Materials Technologies, permitiu abrir novas possibilidades ao desenvolver uma nova metodologia de impressão 4D. “Esta tecnologia nos permite não apenas controlar a maneira como imprimimos estruturas tridimensionais, mas também dar a elas a capacidade de alterar suas propriedades ou geometria em resposta à ação de campos magnéticos externos, ou a capacidade de modificar suas propriedades elétricas quando eles se deformam”, explica um dos pesquisadores, Daniel García González, chefe do projeto ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) e professor associado do Departamento de Mecânica do Contínuo e Teoria da Estrutura da UC3M.
Esse tipo de impressão é complexo, pois o material a ser extrudado passa de líquido para sólido durante o processo de impressão. Portanto, é necessário entender a dinâmica do material para adaptar o processo de fabricação e obter um material suficientemente líquido ao fluir pelo bocal da impressora, mas, ao mesmo tempo, sólido o suficiente para manter uma forma específica. Para tal, desenvolveram uma metodologia interdisciplinar que combina técnicas teóricas e experimentais que lhes permite construir de raiz o dispositivo de impressão, tanto a parte física do dispositivo (o hardware) como os programas informáticos que permitem o seu controlo (o software ).
Um material de autocura
Os pesquisadores também desenvolveram um novo conceito de material capaz de se curar de forma autônoma sem a necessidade de ação externa, de acordo com outra publicação recente na revista Composites Part B: Engineering. “Esse material consiste em uma matriz polimérica macia embebida em partículas magnéticas com um campo remanescente. Para fins práticos, é como se tivéssemos pequenos ímãs distribuídos no material, de modo que, se ele quebrar, quando as partes resultantes forem reunidas novamente , eles se unirão fisicamente recuperando sua integridade estrutural”, afirma Daniel García González.
Graças a esses avanços, que levaram a várias patentes registradas, esses cientistas conseguiram imprimir três tipos de materiais funcionais: alguns que mudam de forma e propriedades em resposta a campos magnéticos externos; outros com capacidade de autocura; e outros cujas propriedades elétricas (condutividade) variam de acordo com sua forma ou deformação. Com o primeiro tipo de material, eles desenvolveram substratos inteligentes para transmitir forças e sinais aos sistemas celulares, para que possam influenciar processos biológicos como proliferação ou migração celular. Esses materiais também podem ser usados para projetar robôs macios cujo desempenho pode ser controlado por campos magnéticos.
A combinação de materiais com capacidade de autorreparação e cujas propriedades de condução elétrica variam com a deformação abre enormes possibilidades no desenvolvimento de sensores. “Podemos pensar em sensores que, presos ao nosso corpo, coletam informações sobre nosso movimento a partir de variações na condutividade elétrica. Além disso, a capacidade de autocura do material permite projetar sensores com sinais binários. Por exemplo, se tivermos um lesão do joelho e necessidade de limitar a rotação a um valor máximo, podemos incorporar uma pequena faixa deste material sobre a nossa articulação. um sinal de alerta. No entanto, ao retornar o joelho a um estado de relaxamento, a capacidade de cicatrização do material resultará na recuperação do sinal elétrico. Dessa forma, podemos monitorar nossos movimentos e alertar sobre condições de risco após a cirurgia ou durante os períodos de reabilitação “, diz Daniel Garcia González.
Entrevista em vídeo com Daniel García: https://youtu.be/NpK6YaHzDGU
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