Satu pasukan jurutera dari Universiti Rutgers-New Brunswick telah mencipta gel pintar 3D yang dicetak seperti manusia yang boleh berjalan di bawah air serta merebut dan memindahkan objek.

Teknologi baru ini boleh membawa kepada perkembangan robot lembut yang dapat meniru keupayaan gurita untuk berjalan di bawah air dan bertemu dengan benda-benda tanpa menyebabkan kerosakan.

Di samping itu, gel pintar boleh digunakan untuk membuat otot tiruan di dalam hati dan perut, serta untuk mendiagnosis penyakit, mengesan dan menyampaikan dadah, dan melakukan pemeriksaan bawah air.

Kajian ini diterbitkan dalam talian di Bahan & Antara Muka Gunaan ACS.

Bagaimana ia berfungsi?

Para penyelidik telah membangun satu sistem untuk hidrogel elektroaktif cetak 3D, bahan pepejal yang diperbuat daripada air peratus 70 yang boleh berubah dan bergerak apabila diaktifkan oleh elektrik.

Semasa proses percetakan, penyelidik memperlihatkan cahaya kepada penyelesaian yang sensitif cahaya yang menjadi gel. Kemudian, mereka meletakkan gel dalam elektrolit, atau penyelesaian air asin, dan memohon elektrik melalui dua wayar nipis.

Elektrik mencetuskan gerakan seperti berjalan ke hadapan, berjalan ke belakang, dan objek merampas dan bergerak, manakala kelajuan dikawal dengan mengubah dimensinya. Contohnya, nipis lebih cepat daripada tebal.

Di samping itu, gel boleh membengkok atau mengubah bentuk bergantung kepada kekuatan larutan elektrolit dan medan elektrik.

"Kajian ini menunjukkan bagaimana teknik percetakan 3D kami dapat mengembangkan reka bentuk, saiz dan fleksibiliti gel pintar ini," Howon Lee, seorang penolong profesor di Malaysia Jabatan Kejuruteraan Mekanikal dan Aeroangkasa (MAE) dan pengarang kanan kajian itu, dalam satu kenyataan.

"Teknik pencetakan 3D microscale kami membolehkan kami mencipta gerakan yang belum pernah terjadi sebelumnya."

Aplikasi masa depan

Bahan-bahan lembut seperti hydrogel biasanya fleksibel, lebih murah untuk mengeluarkan daripada bahan keras, dan mempunyai potensi untuk menjadi miniatur.

Sehingga kini, kajian terdahulu mengenai hidrogel telah terhad kerana dua dimensi.

Keupayaan pasukan Rutger untuk mencetak hidrogen 3D telah membuka pintu kepada kemungkinan yang lebih besar.

"Oleh kerana teknik pencetakan 3D kami memberikan keupayaan untuk mencipta struktur 3D yang rumit, kami dapat mencapai pengaktifan yang lebih rumit dan beragam," kata Daehoon Han, seorang pelajar doktor MAU Rutgers dan pengarang utama kajian.

"Di samping itu, kami dengan tepat dapat mengendalikan ketebalan penggerak dengan sistem percetakan 3D kami, yang membolehkan kami mengawal kelajuan penggerak. "

Pada masa ini, saiz terbesar hidrogel 3D yang dicipta oleh para penyelidik adalah dua sentimeter tinggi dan satu sentimeter lebar.

Para penyelidik percaya bahawa mereka akan dapat mengubah saiz dan bentuk struktur untuk beberapa aplikasi, termasuk kejuruteraan biomedikal dan penciptaan robot lembut.

"Teknik percetakan 3D dan pengetahuan tentang gel ini akan membolehkan kita membuat dan mengendalikan pelbagai jenis penggerak gel yang sukar untuk direka dengan kaedah fabrikasi dua dimensi (2D) tradisional," kata Han.

"Di samping itu, gel menyerupai tisu manusia yang juga mengandungi banyak air dan sangat lembut. Oleh itu, penggerak gel yang direka oleh teknik kami boleh digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang, termasuk robotik lembut dan aplikasi bioperubatan. "