چاپگر سه بعدی چرخشی ماهیچه مصنوعی تولید کرد+فیلم
به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، مواد موجود در طبیعت ندرتا به شکل مستقیم هستند. در بدن ما، پروتئین‌ها به صورت رشته‌های مارپیچی جمع می‌شوند که به ماهیچه‌ها اجازه انقباض می‌دهند. گیاهان نیز تغییر شکل می‌دهند، زیرا الیاف سلولزی به صورت مارپیچ در دیواره‌های سلولی آن‌ها قرار گرفته اند.
از این رو دانشمندانی که به دنبال تقلید از ساختار‌های مارپیچی سیستم‌های بیولوژیکی هستند، باید ابزار جدیدی ایجاد کنند که بتوانند دقیقاً مواد مختلف را با ترکیب، معماری و ویژگی‌های محلی قابل برنامه‌ریزی الگوبرداری کنند.
اگرچه پرینتر‌های سه بعدی چند ماده‌ای از قبل وجود داشتند، اما در تمام فرآیند چاپ رشته‌ای که از آن خارج می‌شد معمولا از یک ماده تشکیل شده بود. با این حال، محققان یک روش چاپ سه بعدی چرخشی چند ماده‌ای برای ایجاد رشته‌های مارپیچ ابداع کرده اند. این رویکرد جدید، در ساخت ماهیچه‌های مصنوعی و شبکه‌های فنری، روباتیک نرم و ... کاربرد دارد.
این آزمایش توسط تیمی از محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد به رهبری پروفسور جنیفر لوئیس، پروفسور دیوید کلارک وناتالی لارسون دانشجوی فوق دکتری انجام شده است.
**چاپ همزمان با چند جوهر مختلف
پرینتر سه بعدی دارای چهار کارتریج مجزا است که هر یک می‌تواند حاوی یک جوهر متفاوت باشد. هر چهار کارتریج توسط یک نازل تغذیه می‌شوند که امکان چاپ همزمان چندین ماده را فراهم می‌کند. درنهایت همانطور که نازل می‌چرخد و ترجمه می‌شود یک رشته منفرد از رشته‌های پیوسته همه جوهر‌ها را بیرون می‌کشد.
از آنجایی که نازل در طول فرآیند اکستروژن یا روزن رانی می‌چرخد، رشته‌ها در یک الگوی پیچشی به صورت مارپیچ به دور یکدیگر می‌چرخند. همین الگو اغلب در طبیعت دیده می‌شود، جایی که به فیبر‌های ماهیچه‌ای اجازه انقباض و تغییر شکل ساقه‌های گیاه را می‌دهد. ودر نهایت به شکل رشته‌های DNA در می‌آیند.
دستگاه مورد استفاده برای تولید رشته‌های سه بعدی که کارتریج‌های جوهر درقسمت بالایی و نازل چرخان آن در قسمت پایینی قرار دارد
ناتالی لارسون، اولین نویسنده این مطالعه، می‌گوید: «چاپ چند ماده‌ای چرخشی به ما امکان می‌دهد تا رشته‌های مارپیچ و شبکه‌های ساختاری با معماری دقیق کنترل شده تولید کنیم.»
**چاپ رشته‌های ماهیچه‌ای مصنوعی
در یک آزمایش، دانشمندان رشته‌های ماهیچه‌ای مصنوعی ایجاد کردند که در آن چند رشته الاستومری رسانا - که به عنوان دو الکترود عمل می‌کنند - در یک ماتریس الاستومری نرم به دور یکدیگر می‌چرخند. هنگامی که به فیلامنت یک ولتاژ اعمال می‌شود، این رشته‌های ماهیچه‌ای مصنوعی با انقباض به آن پاسخ می‌دهند. میزان انقباض آن به این بستگی دارد که الکترود‌های مارپیچ در هنگام چاپ چقدر محکم سیم پیچ شده اند.
جنیفر لوئیس، استاد مهندسی الهام گرفته از زیست‌شناسی و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: پلت‌فرم تولید افزودنی ما راه‌های جدیدی را برای تولید مواد معماری چند منظوره در نقوش الهام‌گرفته از زیست شناسی باز می‌کند.
محققان همچنین ساختار‌های شبکه‌ای متشکل از رشته‌های متقاطع بافتند که به عنوان فنر عمل می‌کردند. مجدداً، با تغییر میزان استحکام پیچش رشته‌های درون آن رشته‌ها، می‌توان فنری بودن رشته‌ها را مانند کل شبکه تنظیم کرد. چنین ساختار‌هایی می‌توانند به‌عنوان لولا یا اتصالات در دستگاه‌های روباتیک نرم مورد استفاده قرار گیرند.
شبکه‌ای ساخته شده از رشته‌های فنری درهم تنیده
در مرحله بعد، محققان قصد دارند از قابلیت‌های این روش جدید چاپ سه بعدی برای ایجاد ساختار‌های پیچیده‌تر استفاده کند. لارسون می‌گوید: «با طراحی و ساخت نازل‌هایی با ویژگی‌های داخلی متفاوت تر، وضوح، پیچیدگی و عملکرد این ساختار‌های الهام‌گرفته شده از طبیعیت می‌تواند بیشتر افزایش پیدا کند.»
مقاله‌ای در مورد این مطالعه اخیراً در مجله Nature منتشر شده است.
در ادامه ویدئویی از این دستاورد محققان دانشگاه هاروارد را مشاهده می کنید:
انتهای پیام/