Forskare vid North Carolina State University har skapat 3-D-tryckta flexibla nätstrukturer som kan kontrolleras med applicerade magnetfält medan de flyter på vatten. Strukturerna kan ta tag i små föremål och bära vattendroppar, ger dem potential att vara användbara som mjuka robotar som efterliknar varelser som lever på vattenytor eller som kan fungera som vävnadsställningar för cellkulturer.

"Denna forskning visar möjligheter inom det framväxande området att kombinera 3D-utskrift och mjuk robotik, sade Orlin Velev, S. Frank och Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering vid NC State och motsvarande författare till en artikel som beskriver forskningen.

För att skapa dessa strukturer, forskarna gjorde ett "bläck" av silikonmikropärlor, bunden av flytande silikon och innesluten i vatten. Den resulterande "homokomposita tixotropiska pastan" liknar vanlig tandkräm, som lätt kan klämmas ur ett rör men sedan behåller sin form på din tandborste utan att droppa. Forskarna använde en 3D-skrivare för att forma pastan till nätliknande mönster. Mönstren härdas sedan i en ugn för att skapa flexibla silikonstrukturer som kan kontrolleras – sträckas och kollapsas – genom applicering av magnetiska fält.

"Denna självförstärkta pastan låter oss skapa strukturer som är ultramjuka och flexibla, sa Sangchul Roh, en NC State Ph.D. student i Velevs labb och första författare till uppsatsen.

"Inbäddning av järnkarbonylpartiklar, som är allmänt tillgängliga och har en hög magnetisering, tillåter oss att ge ett starkt svar på magnetfältsgradienter, "tillade Joseph Tracy, professor i materialvetenskap och teknik och en senior medutredare i projektet.

"Strukturerna är också auxetiska, vilket innebär att de kan expandera och dra ihop sig i alla riktningar, " sa Velev. "Med 3D-utskrift, vi kan styra formen före och efter tillämpningen av magnetfältet. "

Strukturernas egenskaper gör att de också kan användas när de flyter på vatten, liknande vattenstridare, eller insekter som skummar eller hoppar över vattenytor.

"Efterlikning av levande vävnader i kroppen är en annan möjlig tillämpning för dessa strukturer, " sa Roh.

I tidningen, publiceras i ett specialnummer av Avancerad materialteknik , forskarna visade hur de kunde designa omkonfigurerbara nät, en struktur som kan "gripa" en liten boll av aluminiumfolie och en struktur som kan "bära" en enda vattendroppe och sedan släppa ut den vid behov genom nätet.

"Tills vidare, detta är ett tidigt bevis på konceptet för en mjuk robotaktuator, " sa Velev.