《Advanced Functional Materials》：通过嵌入式3D打印具有形状和刚度变形能力的生物可降解的，可持续的水凝胶致动器
发布时间：
2023-12-08 10:20
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近日，美国卡耐基梅隆大学Victoria A. Webster-Wood团队在《Advanced Functional Materials》上发表题为Biodegradable, Sustainable Hydrogel Actuators with Shape and Stiffness Morphing Capabilities via Embedded 3D Printing的研究论文，报道了一种小型尺度的用于生物衍生的海洋水下致动器。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202303659
研究简介
本研究报道了一种自由形式可逆嵌入悬浮水凝胶(FRESH)打印被应用于制造小型生物衍生的海洋水下致动器，通过打印防水和可加压的薄壁结构。使用海藻酸钙水凝胶，一种来源于褐海藻的可持续生物材料。该工艺允许致动器具有复杂的形状和内部腔，这是传统制造技术难以实现的。
图1 水凝胶致动器的制备工艺
图2 水凝胶致动器的力学表征
图3 软水凝胶夹持器的CAD模型
图4 FRESH打印海藻酸盐致动器的降解行为
研究结论
在本研究中，使用FRESH 3D打印技术制造了小型尺度的生物衍生的海洋水下致动器，具有百万牛顿尺度的力输出和复杂的驱动几何形状。这种打印方法允许使用单一制造过程制造复杂的机器人结构，而无需多步骤铸造或单个执行器的制造后组装。这些致动器由来自褐海藻的可持续生物材料制成，在海洋环境中可生物降解，甚至可以被海洋生物安全食用。此外，这些执行器可以根据特定应用的需要在不同的几何形状之间动态切换。这种可逆交联还允许在操作过程中调整单个执行器的刚度，从而实现可调的结构力学和力输出能力。最后，采用可逆螯合交联机制对藻酸盐致动器的结构刚度和形貌进行动态修饰。本研究通过提高使用生物来源材料的复杂软装置的可制造性，扩大了可生物降解海洋机器人的可能设计空间。
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