Structură transformatoare 4D inspirată de structura unei stele de mare

Cercetătorii au reușit recent să dezvolte o structură de transformare flexibilă și puternică, inspirată de structura unei stele de mare și care prezintă proprietăți de transformare 4D, cu aplicații promițătoare în robotică, aviație și dispozitive medicale.

„Steaua de mare are capacitatea uimitoare de a se menține cu ușurință în orice poziție a corpului, schimbând rigiditatea scheletului său intern”, spune Raman, doctorand în Grupul de lucru privind structurile biologice și biomimetică de la Universitatea de Științe Aplicate din Bremen, Germania.

Osiculele sunt structuri minuscule de calcit din corpurile stelelor de mare conectate într-o rețea de fibre de colagen pentru a forma scheletul intern. Această structură robustă și simplă îi permite să mențină o gamă largă de poziții ale corpului cu un consum minim de energie.

„Am devenit fascinați de această soluție biologică la o problemă complexă de inginerie”, spune domnul Raman, „Scopul nostru a fost să descoperim secretele scheletului lor complex și să transpunem aceste principii într-un material nou cu proprietăți la fel de fascinante.”

Domnul Raman și echipa sa au folosit o abordare multidisciplinară pentru acest proiect. Folosind scanări cu raze X de înaltă rezoluție, aceștia au reușit să vizualizeze schelete de stele de mare și au folosit modele matematice (analiza cu elemente finite și simulări cu mai multe corpuri) pentru a înțelege mecanica interconectată complexă a componentelor scheletice.

„Pentru prima dată, am reușit să demonstrăm structura 3D complexă a scheletului de stele de mare și structura fină a osiculelor minuscule”, spune domnul Raman, „Am folosit acum aceste informații în procesul de biodesign al structurii noastre mutante. încorporând tehnici de prototipare rapidă pentru producție.”

Domnul Raman și echipa sa au folosit imprimarea 3D pentru a produce diverse prototipuri capabile să realizeze o gamă impresionantă de provocări fizice. „Structura noastră de transformare inspirată de stele de mare patentată prezintă autoblocare, îndoire continuă, auto-vindecare și memorie a formei”, spune domnul Raman.

Scalabilitatea, costul scăzut și ușurința relativă de fabricare a acestei structuri variabile oferă multe oportunități pentru aplicații industriale, inclusiv robotică, aeronautică și dispozitive biomedicale, cum ar fi proteticele și implanturile.

Acest studiu a fost finanțat de programul FHprofUnt 2018 al Ministerului Federal German al Educației și Cercetării (BMBF), numărul de proiect 13FH150PX8 (JHD, SL) și o bursă de doctorat la Universitatea din Bremen (R).

Această cercetare va fi prezentată la conferința anuală a Societății pentru Biologie Experimentală din Praga, în perioada 2-5 iulie 2024.