Các nhà nghiên cứu của Đại học Texas tại Arlington đã phát triển một kỹ thuật lập trình vật liệu 2-D để biến đổi thành các hình dạng 3-D phức tạp.
Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra các vật liệu tổng hợp có khả năng bắt chước cách các sinh vật sống giãn nở và co lại các mô mềm, từ đó đạt được các chuyển động và chức năng 3-D phức tạp. Việc lập trình các tấm mỏng hoặc vật liệu 2-D để biến đổi thành hình dạng 3-D sẽ mở ra các công nghệ mới cho robot mềm, các hệ thống có thể triển khai và sản xuất phỏng sinh học, tạo ra các sản phẩm tổng hợp bắt chước các quá trình sinh học.
Hình dạng 3D được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Yum Tín dụng: UT ArlingtonKyungsuk Yum, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật và Khoa học Vật liệu, đã cùng nhóm của mình phát triển kỹ thuật lập trình vật liệu 2-D để tạo hình 3-D. Kĩ thuật này cho phép nhóm in các vật liệu 2-D được mã hóa có thể chuyển đổi sang cấu trúc 3-D được lập trình.
Nghiên cứu của nhóm, được hỗ trợ từ Giải thưởng Phát triển Sự nghiệp Sớm của Quỹ Khoa học Quốc gia mà Yum nhận được vào năm 2019, đã được xuất bản vào tháng Giêng trên tạp chí Nature Communications.
Yum nói: “Có rất nhiều loại vật liệu 3-D-2-D trong các hệ thống sinh học và chúng đóng các chức năng đa dạng. Các sinh vật thường đạt được hình thái 3-D phức tạp và chuyển động của các mô mảnh mềm bằng cách kiểm soát sự giãn nở và co lại của chúng. Các quá trình sinh học như vậy đã truyền cảm hứng cho chúng tôi phát triển một phương pháp lập trình vật liệu 2-D với sự giãn nở trên mặt phẳng để tạo ra hình dạng và chuyển động và 3D."
Với nguồn cảm hứng này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp có thể tạo ra cấu trúc 3-D độc đáo với hình thái và chuyển động cong gấp đôi, thường thấy ở các sinh vật sống nhưng khó tái tạo bằng vật liệu nhân tạo.
Họ có thể tạo ra các cấu trúc 3-D có hình dạng giống như ô tô, cá đuối gai độc và mặt người. Để hiện thực hóa khái niệm về lập trình vật liệu 2-D, họ đã sử dụng phương pháp in 4-D bằng ánh sáng kỹ thuật số do Yum phát triển, được chia sẻ trên tạp chí Nature Communications vào năm 2018.
"Quy trình in 2-D của chúng tôi có thể in đồng thời nhiều vật liệu 2-D được mã hóa với các thiết kế tùy chỉnh riêng và chuyển đổi chúng theo yêu cầu và song song với cấu trúc 3-D đã được lập trình", Amirali Nojoomi, cựu sinh viên tốt nghiệp của Yum và là tác giả đầu của bài báo cho biết. "Từ quan điểm công nghệ, phương pháp tiếp cận của chúng tôi có thể mở rộng, tùy chỉnh và triển khai và có khả năng bổ sung cho các phương pháp in 3-D hiện có."
Các nhà nghiên cứu cũng đưa ra khái niệm làm phẳng hình nón, trong đó họ lập trình vật liệu 2-D bằng cách sử dụng bề mặt hình nón để tăng không gian tiếp cận của các hình dạng 3-D. Để giải quyết vấn đề lựa chọn hình dạng, họ đã phát minh ra các mô-đun hướng dẫn hình dạng trong lập trình vật liệu 2-D để điều khiển hướng biến đổi hình dạng theo các hình dạng 3-D đích. Quy trình in 2-D linh hoạt của họ cũng có thể kích hoạt cấu trúc 3-D đa vật liệu.
Stathis Meletis, chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật và Khoa học Vật liệu cho biết: “Nghiên cứu đổi mới của Tiến sĩ Yum với nhiều ứng dụng tiềm năng có thể thay đổi cách chúng ta tiếp cận các hệ thống kỹ thuật mềm. Nghiên cứu tiên phong của ông ấy thực sự mang tính đột phá."
Link: https://techxplore.com/news/2021-02-technology-d-materials.html
Trần Hà (Theo Tech Xplore)
