3D-gedrucktes “Smart Gel” geht unter Wasser und bewegt Objekte

Wissenschaftler der Rutgers University in den USA haben ein sogenanntes “Smart Gel” mit Hilfe von 3D-Druck entwickelt, welches sich unter Wasser fortbewegt sowie Objekte greifen und verschieben kann. Diese Technologie könnte zu neuen Anwendung in der Biomedizin oder auch der Soft-Robotik führen.

Weiche Materialien wie Hydrogele sind flexibel, meist günstiger herzustellen als harte Materialien und können zur Herstellung sehr kleiner Objekte herangezogen werden. Anwendungen aus weichen Materialien sind zudem einfacher zu konstruieren und zu kontrollieren als mechanisch komplexere, harte Vorrichtungen.

Künstliche Muskeln

Mit der Technologie könnten Soft-Roboter hergestellt werden, die Meerestiere wie den Oktopus nachahmen, sich unter Wasser bewegen und gegen Objekte stoßen können ohne diese dabei zu beschädigen. Zudem hat die Technologie Potential zur Herstellung künstlicher Muskeln sowie Vorrichtung zur Diagnostik oder Medikamentenbereitstellung.

“Unsere 3D-gedruckten Smart Gele haben großes Potential in der Biomedizintechnik da sie dem Gewebe im menschlichen Körper sehr ähneln, welches ebenfalls zum Großteil aus Wasser besteht und sehr weich ist,” erklärt Howon Lee, Autor der Studie und Assistant Professor am Institut für Mechanical an Aerospace Engineering. “Es kann für verschiedenste Unterwasser-Vorrichtungen eingesetzt werden, welche das aquatische Leben wie ein Oktopus nachahmen.”

Das von den Forschern 3D-gedruckte Gel kann mittels Elektrizität aktiviert und bewegt werden. Während des DLP-Druckverfahrens wird Licht auf eine photosensitive Lösung projiziert, welche an diesen Stellen zu einem Gel aushärtet. Dieses Hydrogel wir dann in eine Salzwasserlösung platziert und über zwei dünne Drähte kann Elektrizität zugeführt werden um Bewegungen auszulösen.

So können sich gedruckte Objekte fortbewegen, Gegenstände greifen und bewegen. Die Geschwindigkeit der Bewegung wird durch die Veränderung der Dimensionen gesteuert – je dünner um so schneller. Das Gel biegt sich oder verändert seine Form abhängig von der Stärke der Salzwasserlösungen und des elektrischen Feldes. Aufgrund des weichen Materials das zu 70% aus Wasser besteht, sowie der Reaktion auf elektrische Stimulation, ähnelt das Smart Gel Muskeln.

“Diese Studie zeigt wie 3D-Drucktechnologie das Design, Größe und Vielfältigkeit dieses Smart Gels erweitert,” erklärt Lee. “Unser 3D-Druckverfahren auf der Mikroskala ermöglichte die Entstehung von noch nie dagewesenen Bewegungen.”

Die Studie “Soft Robotic Manipulation and Locomotion with a 3D Printed Electroactive Hydrogel” wurde im Fachjournal ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.