Impression quadridimensionnelle de robots mous à base d’hydrogel sensibles aux stimuli

Le développement de robots mous sensibles aux stimuli est important d’un point de vue technique et intellectuel. Le terme robots mous sensibles aux stimuli fait généralement référence à des dispositifs / systèmes composés d’hydrogels, de polymères, d’élastomères ou d’hybrides qui présentent des changements de forme en réponse à des signaux externes, tels que la chaleur, le pH et la lumière 1,2,3,4. Parmi les nombreux robots mous sensibles aux stimuli, les robots mous à base d’hydrogel N-isopropylacrylamide (NIPAM) effectuent les tâches ou interactions souhaitées en utilisant la transformation spontanée de la forme 5,6,7,8. En général, les hydrogels à base de NIPAM présentent une faible température critique de la solution (LCST) et des changements de propriétés de gonflement (hydrophilie inférieure au LCST) et de gonflement (hydrophobicité supérieure à la LCST) se produisent à l’intérieur du système hydrogel à proximité de températures physiologiques comprises entre 32 °C et 36 °C ^9,10. Ce mécanisme de gonflement-gonflement réversible près du point de transition critique aigu du LCST peut générer la transformation de forme des robots mous hydrogel à base de NIPAM². En conséquence, les robots souples à base d’hydrogel NIPAM thermiquement sensibles ont amélioré les opérations, telles que la marche, la préhension, le rampement et la détection, qui sont importantes dans les manipulateurs multifonctionnels, les systèmes de soins de santé et les capteurs intelligents 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17^, 18,19,20,21.

Dans la fabrication de robots mous sensibles aux stimuli, les approches d’impression tridimensionnelle (3D) ont été largement utilisées à l’aide d’un procédé additif direct couche par couche²². Une variété de matériaux, tels que les plastiques et les hydrogels souples, peuvent être imprimés avec l’impression 3D^23,24. Récemment, l’impression 4D a été largement mise en évidence comme une technique innovante pour créer des robots souples programmables^{par forme 25,26,27,28}. Cette impression 4D est basée sur l’impression 3D, et la principale caractéristique de l’impression 4D est que les structures 3D peuvent changer leurs formes et leurs propriétés au fil du temps. La combinaison de l’impression 4D et des hydrogels sensibles aux stimuli a fourni une autre voie innovante pour créer des dispositifs 3D intelligents qui changent de forme au fil du temps lorsqu’ils sont exposés à des déclencheurs de stimulus externes appropriés, tels que la chaleur, le pH, la lumière et les champs magnétiques et électriques^25,26,27,28 . Le développement de cette technique d’impression 4D utilisant divers hydrogels sensibles aux stimuli a permis l’émergence de robots mous transformables en forme qui affichent une multifonctionnalité avec des vitesses de réponse et une sensibilité de rétroaction améliorées.

Cette étude décrit la création d’une pince souple thermosensible pilotée par impression 3D qui affiche la transformation de la forme et la locomotion. Notamment, la procédure spécifique décrite peut être utilisée pour fabriquer divers robots mous multifonctionnels avec des tailles globales allant du millimètre au centimètre de longueur. Enfin, on s’attend à ce que ce protocole puisse être appliqué dans plusieurs domaines, y compris les robots mous (p. ex., les actionneurs intelligents et les robots de locomotion), l’électronique flexible (p. ex. capteurs optoélectriques et laboratoires sur puce) et les systèmes de soins de santé (p. ex. capsules d’administration de médicaments, outils de biopsie et dispositifs chirurgicaux).