Drukowanie 3D i Art of Kirigami prowadzi do bandaża, który faktycznie pozostaje na miejscu

Wiele przełomowych wydruków 3D zainspirowało sztukę origami, ale bandaż MIT, stworzony za pomocą trójwymiarowych form, zawdzięcza swój projekt kirigami, sztuce podobnej do origami, która polega na wycinaniu wzorów na papierze przed złożeniem go. Folia z bandażem ma serię nacięć pociętych w nią tak, że gdy się wygina, rozciąga się, a nie usztywnia i odrywa. Naukowcy z MIT przymocowali swój "film kirigami" do kolana ochotnika i odkryli, że za każdym razem, gdy zgięła kolano, szczeliny filmu otworzyły się w środku, uwalniając napięcie, pozostając zamkniętymi z boków, utrzymując folię związaną ze skórą. Bandaż pozostał na miejscu przez ponad 100 łuków.

Naukowcy zademonstrowali wiele zastosowań, tworząc nie tylko bandaż samoprzylepny kirigami, ale podkładkę grzejną składającą się z folii kirigami nagwintowanej drutami grzejnymi. Dzięki zastosowaniu trzy-woltowego źródła zasilania poduszka rozgrzewająca utrzymuje temperaturę 100 ° F. Stworzyli także nadający się do noszenia elektroniczny film z diodami świecącymi. Wszystkie projekty wykazały taką samą zdolność do pozostania na miejscu jak bandaż.

"Obecnie w dziedzinie elektroniki miękkiej ludzie najczęściej podłączają urządzenia do regionów o małych odkształceniach, ale nie w obszarach o dużych odkształceniach, takich jak jako wspólne regiony, ponieważ oddzieliłyby się. Myślę, że film kirigami to jedno z rozwiązań tego problemu, powszechnie spotykane w klejach i miękkiej elektronice ", powiedział Ruiz Zhao.

W 2016 r. Do Zhao i współpracowników zwróciła się chińska firma medyczna, która poprosiła ich o opracować udoskonaloną wersję popularnego opatrunku przeciwbólowego.

"Kleje takie jak te bandaże są bardzo często stosowane w naszym codziennym życiu, ale kiedy próbujesz przyczepić je do miejsc, które napotykają duży, niehomogeniczny ruch zginający, jak łokcie i kolana, zwykle się odrywają. To ogromny problem dla firmy, którą nas poprosili o rozwiązanie "- powiedział Zhao.

Naukowcy zaczęli badać kirigami, które niektórzy naukowcy rozważają jako metodę opracowania nowych materiałów funkcjonalnych.

"W większości przypadków ludzie dokonują cięć w strukturze, aby rozciągnąć. Ale jesteśmy pierwszą grupą, która dzięki systematycznemu badaniu mechanizmu, że projekt kirigami może poprawić przyczepność materiału ", powiedział Zhao.

Zespół drukował formy 3D z rzędami przesuniętych rowków o różnych ustawieniach, i napełniono je płynnym elastomerem. Po utwardzeniu elastomeru arkusze zostały uniesionez form do wyświetlania rzędów przesuniętych szczelin. Film, według naukowców, może być wykonany z różnych materiałów, od miękkich polimerów po twarde metale.

Aby dowiedzieć się, dlaczego kirigami dodaje właściwości klejące bandażu, zespół związał film na powierzchnię polimeru, a następnie poddano go testom wytrzymałościowym. Mierzyli stopień rozciągnięcia, jaki może wytrzymać kirigami, zanim oderwie się; wyniki zmieniały się w jednym kawałku filmu. Po wyciągnięciu z obu końców szczeliny w środku były pierwszą otwieraną, podczas gdy te na końcu pozostały zamknięte i przyklejone do leżącej pod spodem powierzchni.

Zhao zidentyfikował trzy główne parametry, które dają filmom kirigami ich właściwości klejące: opóźnienie ścinania, w którym odkształcenie ścinające zmniejsza obciążenie innych części folii; częściowe oderwanie, w którym segmenty folii wokół otwartej szczeliny utrzymują częściowe połączenie z leżącą pod nią powierzchnią; i niehomogeniczne odkształcenie, w którym folia może utrzymać swoją ogólną przyczepność nawet jako części leżącego pod nią wygiętego i rozciągającego się powierzchni. W zależności od zastosowania, Zhao mówi, że naukowcy mogą wykorzystać te informacje do zaprojektowania najlepszego wzoru cięć i optymalnej równowagi parametrów.

"Te trzy parametry pomogą zaprojektować miękkie, zaawansowane materiały. Zawsze możesz projektować inne wzory, tak jak sztuka ludowa "- powiedziała. "Jest tak wiele rozwiązań, które możemy wymyślić. Wystarczy postępować zgodnie ze wskazówkami mechanicznymi, aby uzyskać zoptymalizowany projekt, i możesz osiągnąć wiele rzeczy. "

Zhao i jej współpracownicy złożyli patent na swoją technikę i kontynuują współpracę z firmą dostarczającą leki, która planuje produkcję plastrów lekarskich z wykorzystaniem projektu kirigami. Zespół chce teraz użyć tej techniki na różnych materiałach.

"Obecne filmy są wyłącznie elastomerami", powiedział Zhao. "Chcemy zmienić materiał filmowy na żele, które mogą bezpośrednio rozprowadzać lekarstwo w skórze. To nasz kolejny krok. "

Wyniki badań opublikowano w artykule zatytułowanym" Kirigami poprawia przyczepność filmu ", do którego można uzyskać dostęp tutaj. Autorzy to: Ruike Zhao, Shaoting Lin, Hyunwoo Yuk i Xuanhe Zhao.