Revolucionando Engenharia Biomédica: Impressão 4D de Materiais Eletromecânicos Inteligentes

A Universidad Carlos III de Madrid, Espanha, desenvolveu uma nova impressora inteligente que permite fabricar materiais macios multifuncionais adaptando continuamente parâmetros de extrusão. Combinando métodos experimentais e computacionais, imprime materiais condutivos e magnetoativos com propriedades mecânicas que imitam tecidos biológicos. (Imagem: UC3M)

Impressora 4D para Aplicações Biomédicas

Pesquisadores da Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) criaram software e hardware para uma impressora 4D com aplicações no campo biomédico. Além da impressão 3D, esta máquina permite controlar funções extras: programar a resposta do material para que mudança de forma ocorra sob campo magnético externo, ou mudanças em suas propriedades elétricas se desenvolvam sob deformação mecânica.

Estruturas Macias Multifuncionais

Esta linha de pesquisa foca no desenvolvimento de estruturas macias multifuncionais, compostas por materiais com propriedades mecânicas que imitam tecidos biológicos como cérebro ou pele. Além disso, podem mudar forma ou propriedades quando atuadas via estímulos externos, como campos magnéticos ou correntes elétricas.

Metodologia Inovadora de Impressão 4D

Até agora, esta equipe havia feito vários avanços no design e fabricação dessas estruturas, mas eram muito limitados em termos de design de forma e programação de respostas inteligentes. O trabalho apresentado em seu estudo mais recente, publicado no periódico Advanced Materials Technologies, permitiu abrir novas possibilidades desenvolvendo nova metodologia de impressão 4D.

"Esta tecnologia nos permite não apenas controlar a forma como imprimimos estruturas tridimensionais, mas também dar-lhes a capacidade de mudar suas propriedades ou geometria em resposta à ação de campos magnéticos externos, ou a capacidade de modificar suas propriedades elétricas quando se deformam", explicou um dos pesquisadores, Daniel García González, chefe do projeto ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) e professor associado do Departamento de Mecânica do Contínuo e Teoria de Estruturas da UC3M.

Complexidade do Processo e Nova Metodologia

Este tipo de impressão é complexo pois o material a ser extrudado transição de líquido para sólido durante o processo. É necessário entender a dinâmica do material para adaptar o processo de fabricação e obter material suficientemente líquido ao fluir pelo bico da impressora, mas sólido o suficiente para manter forma específica.

Para isso, desenvolveram metodologia interdisciplinar combinando técnicas teóricas e experimentais permitindo construir o dispositivo de impressão do zero, incluindo hardware e software.

Material Auto-Reparável

Os pesquisadores também desenvolveram novo conceito de material que se cura autonomamente sem necessidade de ação externa. "Este material consiste em uma matriz de polímero macio incorporada com partículas magnéticas com campo remanente. Para fins práticos, é como se tivéssemos pequenos ímãs distribuídos no material, de modo que, se quebrar, quando as partes resultantes forem reunidas, elas se unirão fisicamente recuperando sua integridade estrutural", disse González.

Três Tipos de Materiais Funcionais

Graças a esses avanços, a equipe conseguiu imprimir três tipos de materiais funcionais: alguns que mudam forma e propriedades em resposta a campos magnéticos externos; outros com capacidade de auto-reparo; e outros cujas propriedades elétricas (condutividade) variam conforme sua forma ou deformação.

A combinação de materiais com capacidade de auto-reparo e cujas propriedades de condução elétrica variam com deformação abre enormes possibilidades no desenvolvimento de sensores e robôs macios.

Para mais informações, contate Fco. Javier Alonso em [e-mail protegido]; 916-249-035.