Impressão quadridimensional de robôs macios à base de hidrogel responsivos a estímulos

O desenvolvimento de robôs macios responsivos a estímulos é importante do ponto de vista técnico e intelectual. O termo robôs macios responsivos a estímulos geralmente se refere a dispositivos/sistemas compostos por hidrogéis, polímeros, elastômeros ou híbridos que exibem mudanças de forma em resposta a pistas externas, como calor, pH e luz 1,2,3,4. Dentre os muitos robôs macios responsivos a estímulos, os robôs macios à base de hidrogel à base de hidrogel N-isopropilacrilamida (NIPAM) realizam as tarefas ou interações desejadas usando transformação espontânea de forma ^5,6,7,8. Geralmente, os hidrogéis à base de NIPAM exibem uma baixa temperatura crítica da solução (LCST), e alterações de propriedade de inchaço (hidrofilicidade abaixo da LCST) e desinchamento (hidrofobicidade acima da LCST) ocorrem dentro do sistema de hidrogel perto de temperaturas fisiológicas entre 32 °C e 36 °C ^9,10. Este mecanismo reversível de inchaço-desinchamento perto do ponto crítico de transição acentuado do LCST pode gerar a transformação da forma de robôs macios de hidrogel à base de NIPAM². Como resultado, os robôs macios de hidrogel à base de NIPAM termicamente responsivos melhoraram as operações, como andar, agarrar, rastejar e detectar, que são importantes em manipuladores multifuncionais, sistemas de saúde e sensores inteligentes 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17^, 18,19,20,21.

Na fabricação de robôs macios responsivos a estímulos, abordagens de impressão tridimensional (3D) têm sido amplamente empregadas usando um processo aditivo direto camada por camada²². Uma variedade de materiais, como plásticos e hidrogéis macios, pode ser impressa com impressão 3D^23,24. Recentemente, a impressão 4D tem sido amplamente destacada como uma técnica inovadora para a criação de robôs macios programáveis^{em forma 25,26,27,28}. Esta impressão 4D é baseada na impressão 3D, e a principal característica da impressão 4D é que as estruturas 3D podem mudar suas formas e propriedades ao longo do tempo. A combinação de impressão 4D e hidrogéis responsivos a estímulos forneceu outra rota inovadora para criar dispositivos 3D inteligentes que mudam de forma ao longo do tempo quando expostos a gatilhos de estímulo externos apropriados, como calor, pH, luz e campos magnéticos e elétricos^25,26,27,28 . O desenvolvimento desta técnica de impressão 4D usando diversos hidrogéis responsivos a estímulos proporcionou uma oportunidade para o surgimento de robôs macios transformáveis em forma que exibem multifuncionalidade com velocidades de resposta aprimoradas e sensibilidade ao feedback.

Este estudo descreve a criação de uma garra macia termicamente responsiva acionada por impressão 3D que exibe a transformação da forma e a locomoção. Notavelmente, o procedimento específico descrito pode ser utilizado para fabricar vários robôs macios multifuncionais com tamanhos gerais que variam de escalas de milímetro a centímetro de comprimento. Finalmente, espera-se que esse protocolo possa ser aplicado em vários campos, incluindo robôs macios (por exemplo, atuadores inteligentes e robôs de locomoção), eletrônica flexível (por exemplo, sensores optoelétricos e laboratório em um chip) e sistemas de saúde (por exemplo, cápsulas de liberação de medicamentos, ferramentas de biópsia e dispositivos cirúrgicos).