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 flexible (cualidades necesarias para igualar las propiedades de los tejidos y órganos) y que se pliega. Su enfoque utiliza un proceso que supera muchos de los inconvenientes de los métodos de fabricación anteriores, como una menor conductividad o fallas del dispositivo, dijo el equipo.
Publicaron sus resultados Materiales mejorados.
«La gente ha estado desarrollando conductores blandos y flexibles durante casi una década, pero la conductividad generalmente no es muy alta», dijo el autor correspondiente Tao Zhou, profesor asistente de ingeniería e ingeniería mecánica y biomédica en la Facultad de Ingeniería de Penn State. ciencia e ingeniería de materiales en la Facultad de Ciencias de la Tierra y Minerales. «Los investigadores se dieron cuenta de que podían lograr una alta conductividad con conductores a base de metal líquido, pero una limitación importante es que se requiere un método secundario para activar el material antes de que pueda alcanzar una alta conductividad».
Los investigadores dijeron que los conductores estirables a base de metal líquido sufren la complejidad y los desafíos inherentes del proceso de activación posterior a la producción. Los métodos de activación secundaria incluyen estiramiento, compresión, fricción por cizallamiento, sinterización mecánica y activación láser, que pueden causar problemas en la fabricación y provocar fugas de metal líquido, lo que provoca fallas en el dispositivo.
«Nuestro método no requiere activación secundaria para hacer que el material sea conductor», dijo Zhou, quien también está afiliado al Instituto Hack de Ciencias de la Vida y al Instituto de Investigación de Materiales. «El material puede autoensamblarse, de modo que su superficie inferior es altamente conductora y su superficie superior es autoaislante».
En el nuevo método, los investigadores combinan metal líquido, una mezcla de polímeros conductores llamada PEDOT:PSS y un poliuretano hidrófilo que permite que el metal líquido se transforme en partículas. Cuando el compuesto se imprime y calienta, las partículas de metal líquido en su superficie inferior se pliegan formando una trayectoria conductora. Las partículas de la capa superior se exponen a un ambiente rico en oxígeno y se oxidan para formar una capa superior aislada. La capa conductora es fundamental para transferir información al sensor, como registrar la actividad muscular y detectar la tensión corporal, mientras que la capa aislante ayuda a prevenir fugas de señal, lo que puede conducir a una recopilación de datos menos precisa.
«Nuestra innovación aquí es la innovación material», afirmó Zhou. «Normalmente, cuando el metal líquido se mezcla con polímeros, estos no son conductores y requieren una activación secundaria para lograr la conductividad. Pero estos tres componentes proporcionan un autoensamblaje que crea un material suave y flexible con alta conductividad sin un método de activación secundaria».
El material también se puede imprimir en 3D, dijo Zhou, lo que facilita la fabricación de dispositivos portátiles. Los investigadores continúan explorando aplicaciones potenciales, centrándose en la tecnología de asistencia para personas con discapacidades.
Otros autores incluyen a Salahuddin Ahmed, Marzia Momin y Jiashu Ren, todos estudiantes de doctorado en el Departamento de Ingeniería 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 Penn State en la Universidad Nacional de Tecnología de Taipei y el Departamento de Ingeniería y Mecánica, el Instituto de Investigación de Materiales y los Institutos Hack para Ciencias de la Vida en Penn State.
