Method Article

طباعة رباعية الأبعاد للروبوتات اللينة القائمة على الهيدروجيل المستجيبة للمحفزات

DOI:

10.3791/64870

⸱

January 13th, 2023

 ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Systems Engineering, Sookmyung Women's University, 2Department of Biological Sciences, Sookmyung Women's University, 3Institute of Advanced Materials and Systems, Sookmyung Women's University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصف هذه المخطوطة استراتيجية الطباعة 4D لتصنيع الروبوتات اللينة الذكية المستجيبة للمحفزات. يمكن أن يوفر هذا النهج الأساس لتسهيل تحقيق أنظمة روبوتية ناعمة ذكية قابلة للتحويل ، بما في ذلك المتلاعبين الأذكياء والإلكترونيات وأنظمة الرعاية الصحية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف البروتوكول الحالي إنشاء روبوتات ناعمة رباعية الأبعاد (4D) ، تعتمد على الوقت ، قابلة لتغيير الشكل ، مستجيبة للمحفزات باستخدام طريقة الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد (3D). في الآونة الأخيرة ، تم اقتراح تقنيات الطباعة 4D على نطاق واسع كطرق جديدة مبتكرة لتطوير الروبوتات اللينة القابلة للتحويل. على وجه الخصوص ، يعد تحويل الشكل المعتمد على الوقت 4D عاملا أساسيا في الروبوتات اللينة لأنه يسمح بحدوث وظائف فعالة في الوقت والمكان المناسبين عند تشغيلها بواسطة إشارات خارجية ، مثل الحرارة ودرجة الحموضة والضوء. تماشيا مع هذا المنظور ، يمكن طباعة المواد المستجيبة للمحفزات ، بما في ذلك الهلاميات المائية والبوليمرات والهجينة ، لتحقيق أنظمة روبوتية ناعمة ذكية قابلة للتحويل. يمكن استخدام البروتوكول الحالي لتصنيع القابضات اللينة المستجيبة حراريا والتي تتكون من الهلاميات المائية القائمة على N-isopropylacrylamide (NIPAM) ، بأحجام إجمالية تتراوح من ملليمترات إلى سنتيمترات في الطول. من المتوقع أن توفر هذه الدراسة اتجاهات جديدة لتحقيق أنظمة روبوتية ناعمة ذكية لمختلف التطبيقات في المتلاعبين الأذكياء (على سبيل المثال ، القابضون والمحركات وآلات الالتقاط والمكان) ، وأنظمة الرعاية الصحية (على سبيل المثال ، كبسولات الأدوية ، وأدوات الخزعة ، والعمليات الجراحية الدقيقة) ، والإلكترونيات (على سبيل المثال ، أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء والسوائل).

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد تطوير الروبوتات اللينة المستجيبة للمحفزات أمرا مهما من المنظورين التقني والفكري. يشير مصطلح الروبوتات اللينة المستجيبة للمحفزات عموما إلى الأجهزة / الأنظمة المكونة من الهلاميات المائية أو البوليمرات أو اللدائن أو الهجينة التي تظهر تغيرات في الشكل استجابة للإشارات الخارجية ، مثل الحرارة ودرجة الحموضة والضوء1،2،3،4. من بين العديد من الروبوتات اللينة المستجيبة للمحفزات ، تقوم الروبوتات اللينة القائمة على الهيدروجيل N-isopropylacrylamide (NIPAM) بالمهام أو التفاعلات المطلوبة باستخدام تحويل الشكل التلقائي5،6،7،8. بشكل عام ، تظهر الهلاميات المائية القائمة على NIPAM درجة حرارة منخفضة للمحلول الحرج (LCST) ، ويحدث تورم (محبة للماء أقل من LCST) وإزالة التورم (الكارهة للماء فوق LCST) داخل نظام الهيدروجيل بالقرب من درجات الحرارة الفسيولوجية بين 32 درجة مئوية و 36 درجة مئوية 9,10. يمكن لآلية التورم وإزالة التورم القابلة للانعكاس هذه بالقرب من نقطة الانتقال الحرجة الحادة ل LCST أن تولد تحولا في شكل روبوتات هيدروجيل لينة قائمة على NIPAM2. نتيجة لذلك ، قامت روبوتات هيدروجيل لينة القائمة على NIPAM المستجيبة للحرارة بتحسين العمليات ، مثل المشي والإمساك والزحف والاستشعار ، والتي تعتبر مهمة في المتلاعبين متعددي الوظائف وأنظمة الرعاية الصحية وأجهزة الاستشعار الذكية2،3،4،11،12،13،14،15،16،17 ، 18،19،20،21.

في تصنيع الروبوتات اللينة المستجيبة للمحفزات ، تم استخدام مناهج الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) على نطاق واسع باستخدام عملية مضافة مباشرة طبقة تلو الأخرى22. يمكن طباعة مجموعة متنوعة من المواد ، مثل البلاستيك والهلاميات المائية الناعمة ، باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد23,24. في الآونة الأخيرة ، تم تسليط الضوء على الطباعة 4D على نطاق واسع كتقنية مبتكرة لإنشاء روبوتات لينة قابلة للبرمجة الشكل25،26،27،28. تعتمد هذه الطباعة 4D على الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والسمة الرئيسية للطباعة 4D هي أن الهياكل ثلاثية الأبعاد يمكنها تغيير أشكالها وخصائصها بمرور الوقت. وقد وفر الجمع بين الطباعة 4D والهلاميات المائية المستجيبة للمحفزات طريقا مبتكرا آخر لإنشاء أجهزة 3D ذكية تغير شكلها بمرور الوقت عند تعرضها لمحفزات التحفيز الخارجية المناسبة ، مثل الحرارة ودرجة الحموضة والضوء والمجالات المغناطيسية والكهربائية25،26،27،28 . وقد أتاح تطوير تقنية الطباعة 4D هذه باستخدام الهلاميات المائية المتنوعة المستجيبة للمحفزات فرصة لظهور روبوتات ناعمة قابلة للتحويل الشكل تعرض وظائف متعددة مع سرعات استجابة محسنة وحساسية للتغذية المرتدة.

تصف هذه الدراسة إنشاء القابض الناعم المستجيب حراريا الذي يحركه الطباعة 3D والذي يعرض تحول الشكل والحركة. والجدير بالذكر أنه يمكن استخدام الإجراء المحدد الموصوف لتصنيع العديد من الروبوتات اللينة متعددة الوظائف بأحجام إجمالية تتراوح من مقاييس الطول المليمترية إلى السنتيمترية. أخيرا ، من المتوقع أن يتم تطبيق هذا البروتوكول في العديد من المجالات ، بما في ذلك الروبوتات اللينة (على سبيل المثال ، المحركات الذكية وروبوتات الحركة) ، والإلكترونيات المرنة (على سبيل المثال ، أجهزة الاستشعار الكهروضوئية والمختبر على رقاقة) ، وأنظمة الرعاية الصحية (على سبيل المثال ، كبسولات توصيل الأدوية وأدوات الخزعة والأجهزة الجراحية).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتكون القابض الناعم المستجيب للمحفزات من ثلاثة أنواع مختلفة من الهلاميات المائية: هيدروجيل غير مستجيب للمحفزات (AAm) قائم على مادة الأكريلاميد (AAm) ، هيدروجيل قائم على مادة الأكريلاميد N-isopropyl (NIPAM) المستجيب حراريا ، و ferrogel المستجيب المغناطيسي (الشكل 1). تم تحضير أحبار الهيدروجيل الثلاثة عن طريق تعديل الطرق المنشورة سابقا29،30،31. البيانات المقدمة في هذه الدراسة متاحة عند الطلب من المؤلف المقابل.

1. تحضير أحبار هيدروجيل

  1. أحبار هيدروجيل غير مستجيبة للمحفزات AAm (الشكل 1 أ)
    1. قم بتخفيف مادة الأكريلاميد (AAm) ، والرابط المتشابك N ، و N'-methylenebisacrylamide (BIS) (انظر جدول المواد) ، والبادئ الضوئي 2-Hydroxy-4'- (2-hydroxyethoxy) -2-methylpropiophenone (انظر جدول المواد) في الماء المقطر (DI) باستخدام محرك مغناطيسي لمدة 24 ساعة.
    2. دوامة عامل ترقق القص ، لابونيت RD نانوكلاي ، وصبغة الفلوريسئين O-methacrylate (انظر جدول المواد) عند 1150 دورة في الدقيقة لمدة 6 ساعات على الأقل حتى تخفف تماما.
    3. قم بإعداد أوزان محددة من حبر هيدروجيل قائم على AAm لكل إجمالي 20 مل من قاعدة المحلول: 1.576 جم من AAm ، 0.332 جم من BIS ، 1.328 جم من laponite RD ، 0.166 جم من البادئ الضوئي ، 0.1 مجم من NaOH ، 0.1 مجم من فلوريسئين O-ميثاكريلات (انظر جدول المواد) ، و 16.594 جم من ماء DI.
    4. بعد التخفيف الكلي ، انقل حبر الهيدروجيل القائم على AAm إلى خرطوشة طباعة 3D فارغة (انظر جدول المواد) باستخدام حقنة.
  2. أحبار هيدروجيل قائمة على NIPAM مستجيبة للمحفزات (الشكل 1 ب)
    1. تمييع N-isopropyl acrylamide (NIPAM) ، بولي N-isopropyl acrylamide (PNIPAM) ، والبادئ الضوئي (انظر جدول المواد) في ماء DI باستخدام محرك مغناطيسي لمدة 24 ساعة.
    2. دوامة عامل ترقق القص ، لابونيت RD نانوكلاي ، وصبغة فلوريسئين رودامين 6G عند 1150 دورة في الدقيقة لمدة 6 ساعات على الأقل حتى تخفف تماما.
    3. قم بإعداد أوزان محددة من حبر هيدروجيل قائم على NIPAM لكل إجمالي 20 مل من قاعدة المحلول: 1.692 جم من NIPAM ، 0.02 جم من pNIPAM ، 1.354 جم من laponite RD ، 0.034 جم من البادئ الضوئي ، 0.1 مجم من rhodamine 6G (انظر جدول المواد) ، و 16.92 جم من ماء DI.
    4. بعد التخفيف الكامل ، قم بنقل حبر هيدروجيل قائم على NIPAM إلى خرطوشة طباعة 3D فارغة باستخدام حقنة.
  3. أحبار فيروجيل (الشكل 1 ج)
    1. تحضير محلول A: تمييع مادة الأكريلاميد (AAm) والرابط المتشابك ، N ، N'-methylenebisacrylamide (BIS) ، أكسيد الحديديك (Fe2O3) ، و N ، N ، N '، N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) (انظر جدول المواد) في ماء DI.
    2. ضع في اعتبارك نسبة الوزن المحددة (بالوزن٪) للمواد: 71٪ AAm و 3.5٪ BIS و 25.5٪ Fe 2 O3 في1.2مل من ماء DI مع 10 ميكرولتر من مسرع TMEDA.
    3. تحضير محلول B: قم بتخفيف 0.8 جم من كبريتات الأمونيوم (APS ، انظر جدول المواد) في 10 مل من ماء DI.
    4. للبلمرة ، انقل 200 ميكرولتر من المحلول A و 5 ميكرولتر من محلول B إلى أنبوب طرد مركزي دقيق.
    5. دوامة أنبوب الطرد المركزي الدقيق لمدة 20 ثانية.

2. تحسين تصميم القابض الهجين الناعم

ملاحظة: يتكون القابض الهجين الناعم الإهليلجي من طبقة خارجية هيدروجيل قائمة على AAm ، وطبقة داخلية هيدروجيل قائمة على NIPAM ، وطبقة علوية ferrogel (الشكل 1D). تم إنشاء القابض الهجين الناعم الإهليلجي الشامل باستخدام برنامج AutoCAD (انظر جدول المواد).

  1. تصميم طبقة هيدروجيل ثنائية الأبعاد قائمة على AAm
    1. ارسم شكلا بيضاويا بمحور رأسي 24 مم ومحور أفقي 20 مم في الجزء الخارجي.
    2. ارسم شكلا بيضاويا آخر بمحور رأسي 20.8 مم ومحور أفقي 16.8 مم بنفس نقطة المركز مثل الشكل المرسوم في الخطوة 2.1.1.
    3. ارسم قوسا من ثلاث نقاط يمر عبر النقاط (−8.24 ، 2) ، (0 ، 6) ، و (8.24 ، 2) بعيدا عن النقطة المركزية للقطع الناقص.
    4. تقليم الجزء العلوي الصغير من الكسوف مقسوما على القوس.
  2. تصميم طبقة هيدروجيل ثنائية الأبعاد قائمة على NIPAM
    1. ارسم بيضاوي بمحور رأسي 20.2 مم ومحور أفقي 16.4 مم بنفس نقطة المركز مثل الشكل المرسوم في الخطوة 2.1.1.
    2. ارسم قطعا ناقصا بمحور رأسي 16.16 مم ومحور أفقي 13.12 مم بنفس نقطة المركز مثل الشكل المرسوم في الخطوة 2.1.1.
    3. ارسم قوسا من ثلاث نقاط يمر عبر النقاط (−7.86 ، 1.83) ، (0 ، 5.6) ، و (7.86 ، 1.83) بعيدا عن النقطة المركزية للقطع الناقص.
    4. ارسم قوسا من ثلاث نقاط يمر عبر النقاط (−5.47 ، 1.64) ، (0 ، 3.18) ، و (5.47 ، 1.64) بعيدا عن النقطة المركزية للقطع الناقص.
    5. تقليم الجزء العلوي الصغير من علامات الحذف مقسوما على الأقواس.
    6. لعمل قاعدة ، ارسم قوسا بنقطتين بعيدا عن نقطة المركز عند (-4.75 ، -2.71) و (4.75 ، -2.71) كنقاط نهاية ونقطة واحدة بعيدا عن نقطة المركز عند (0 ، -4.59).
  3. تصميم طبقة فيروجيل ثنائية الأبعاد
    1. ارسم قوسا من ثلاث نقاط يمر عبر النقاط (−7 ، 4.92) ، (0 ، 9.2) ، و (7 ، 4.92) بعيدا عن النقطة المركزية للقطع الناقص.
    2. ارسم قوسا من ثلاث نقاط يمر عبر النقاط (−7 ، 4.92) ، (0 ، 7.6) ، و (7 ، 4.92) بعيدا عن النقطة المركزية للقطع الناقص.
  4. تصميم أطراف القابض ثنائية الأبعاد
    1. لجعل جزء الإمساك من القابض ، قم بقطع 0.8 مم من كل جانب من خط الوسط في أسفل القطع الناقص.
  5. تصميم قابض هجين ثلاثي الأبعاد
    1. لتحويل تصميم القابض الهجين ثنائي الأبعاد الشامل إلى 3D ، قم ببثق قاعدة الجل المتجاوب بمقدار 0.8 مم ، وقذف الجل غير المستجيب ، والشكل البيضاوي المقطوع للهلام المتجاوب ، والهلام الحديدي بمقدار 2.5 مم.

3. الطباعة ثلاثية الأبعاد للقابض الهجين الناعم

  1. قم بإنشاء G-code 30 لكل هيكل تم إنشاؤه في الخطوة 2 باستخدام برنامج Slic3r (انظر جدول المواد) بارتفاع طبقة 0.4 مم وسرعة طباعة10 مم −1 وكثافة تعبئة تبلغ 75٪. قم بتحرير ملف G-code باستخدام رؤوس طباعة مزدوجة.
  2. احفظ ملف G-code على بطاقة رقمية آمنة (SD) ، وقم بتوصيله بالطابعة ثلاثية الأبعاد (انظر جدول المواد) لإنشاء مسارات الطباعة الخاصة بالقابض الناعم.
  3. قم بتوصيل التحكم في ضغط مضخة الهواء بالطابعة ثلاثية الأبعاد.
  4. اختر أطراف فوهة بأقطار 0.25 مم و 0.41 مم للهيدروجيل القائم على NIPAM والهيدروجيل القائم على AAm ، على التوالي.
  5. قم بتوصيل خرطوشة هيدروجيل القائمة على AAm بالفوهة 1 وخرطوشة الهيدروجيل القائمة على NIPAM بالفوهة 2.
  6. تحقق مما إذا كان رأسي الطباعة للخراطيش في نفس الموضع على المحور z.
  7. قم بمعايرة إحداثيات X و Y بدقة لتجنب الاختلالات بين الفوهتين.
  8. اضبط ضغط الطباعة على 20-25 كيلو باسكال للهيدروجيل القائم على AAm وعلى 10-15 كيلو باسكال للهيدروجيل القائم على NIPAM.
  9. كرر الخطوات 3.5-3.8 عند طباعة كل عينة بالكامل (الشكل 2 أ).

4. المعالجة الضوئية للأشعة فوق البنفسجية للقابض الهجين الناعم

  1. قبل المعالجة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية ، قم بحقن أحبار ferrogel المستجيبة للمجال المغناطيسي (المعدة في الخطوة 1.3) في منطقة الثقب الرقيق المستهدفة للقابض الناعم المطبوع ثلاثي الأبعاد باستخدام حقنة.
  2. بعد حقن ferrogel ، ضع هيكل القابض داخل غرفة مصدر الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة 365 نانومتر لمدة 6 دقائق. ثبت شدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية عند 4.9 مللي جول / ثانية.
  3. بعد المعالجة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية ، انقل هيكل القابض إلى حمام مائي DI لمدة 24 ساعة على الأقل حتى يصل إلى حالة توازن منتفخة بالكامل (الشكل 2B-D).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم أخذ الهيدروجيل القائم على NIPAM في الاعتبار بشكل أساسي عند تصميم القابض الناعم المستجيب حراريا بسبب LCST الحاد ، مما يجعله يظهر خصائص كبيرة للتورم والتورم 9,10. بالإضافة إلى ذلك ، تم اعتبار الهيدروجيل القائم على AAm كنظام غير مستجيب للمحفزات لزيادة تحويل شكل القابض الهجين الناعم مع تقليل تفريغ الواجهة أثناء عمليات التسخين والتبريد المتعددة. بالإضافة إلى ذلك ، تم دمج ferrogel في هذا النظام الهجين لإنشاء قابض هجين ناعم يستجيب للمجال المغناطيسي للتحكم غير المربوط...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

فيما يتعلق باختيار المواد للقابض الهجين الناعم ، تم إعداد نظام مواد متعدد الاستجابة يتكون من هيدروجيل قائم على AAm غير مستجيب للمحفزات ، وهيدروجيل قائم على NIPAM مستجيب حراريا ، و ferrogel مستجيب مغناطيسي لأول مرة للسماح للقابض الهجين الناعم بإظهار حركة قابلة للبرمجة وتحويل الشكل. نظرا لخصائصها المستجيبة حراريا للتورم وإزالة التورم ، فإن الهلاميات المائية القائمة على NIPAM تظهر الانحناء أو الطي أو التجاعيد عند تصنيعها كهياكل ثنائية الطبقة أو ثنائية الشريط مع هلاميات مائية ذات خصائص تورم مختلفة ، مثل الهلاميات المائية الق...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقر المؤلفون بامتنان بالدعم المقدم من منحة المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) الممولة من الحكومة الكورية (MSIT) (رقم 2022R1F1A1074266).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2-هيدروكسي -4 '- (2-هيدروكسي إيثوكسي) -2-ميثيل بروبيوفينونسيجما ألدريتش410896-50 جرامإيرجاكيور 2959 ، البادئ الضوئي
3D WOX 2Xsindohn / aطابعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع متاهة
أكريلاميدسيجما ألدريتش29-007& ge ؛ 99٪
ضاغط البخاخةWilTecAF18-2
بيرسولفات الأمونيومSigma AldrichA4418
Auto CADAutodeskN / aبرنامج لملف التصميم بمساعدة
الكمبيوتر BLX الأشعة فوق البنفسجية الرابطالشبكي BIO-LINKU01-133-565
خرطوشةCELLINKCSC010300102
التحريك الرقمي الساخن لوحاتCorning6798-420D
Fluorescein O-methacrylateSigma Aldrichصبغة 568864من هلام AAm
INKREDIBLE + طابعة حيويةCELLINKn / a
الحديد (III) أكسيد أحمرDUKSAN العلوم العامةI0231
Laponite RDBYKn / ananoclay
أنبوب الطرد المركزيالدقيق SPL60615
شريط النمام الصغيرCowie27-00360-08
N ، N ، N '، N'-tetramethylethylenediamineSigma AldrichT7024-100ML
N ، N '-methylenebisacrylamideSigma AldrichM7279& ge ؛ 99.5٪
N-isopropylacrylamideSigma-Aldrich415324-50G
بولي (N-isopropylacrylamide)Sigma-Aldrich535311
Rhodamine 6GSigma AldrichR4127صبغة من NIPAM gel
برنامج Slic3r (v1.2.9)Slic3rn / aبرنامج مفتوح المصدر لتحويل ملف .stl إلى gcode
حبات هيدروكسيد الصوديومSigma AldrichS5881
فوهات الطباعة الحيوية المخروطية المعقمة عالية الدقةCELLINKNZ327000500122 جم ، 25 جم
حقنةلقاح كورياK0741538910 CC 21 G (1-1 / 4 بوصة)
خلاط دوامةDAIHANDH. WVM00030

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gracias, D. H. Stimuli responsive self-folding using thin polymer films. Current Opinion in Chemical Engineering. 2 (1), 112-119 (2013).
  2. Zhang, Y. S., Khademhosseini, A. Advances in engineering hydrogels. Science. 356 (6337), (2017).
  3. Erol, O., Pantula, A., Liu, W., Gracias, D. H. Transformer hydrogels: A review. Advanced Materials Technologies. 4 (4), 1900043(2019).
  4. Liu, X., Liu, J., Lin, S., Zhao, X. Hydrogel machines. Materials Today. 36, 102-124 (2020).
  5. Hu, Z., Zhang, X., Li, Y. Synthesis and application of modulated polymer gels. Science. 269 (5223), 525-527 (1995).
  6. Klein, Y., Efrati, E., Sharon, E. Shaping of elastic sheets by prescription of non-Euclidean metrics. Science. 315 (5815), 1116-1120 (2007).
  7. Kim, J., Hanna, J. A., Byun, M., Santangelo, C. D., Hayward, R. C. Design responsive buckled surfaces by halftone gel lithography. Science. 335 (6073), 1201-1205 (2012).
  8. Breger, J. C., et al. Self-folding thermo-magnetically responsive soft microgrippers. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (5), 3398-3405 (2015).
  9. Schild, H. G. Poly (N-isopropylacrylamide): Experiment, theory and application. Progress in Polymer Science. 17 (2), 163-249 (1992).
  10. Ahn, S., Kasi, R. M., Kim, S. -C., Sharma, N., Zhou, Y. Stimuli-responsive polymer gels. Soft Matter. 4, 1151-1157 (2008).
  11. Stuart, M. A., et al. Emerging applications of stimuli-responsive polymer materials. Nature Materials. 9, 101-113 (2010).
  12. Ionov, L. Biomimetic hydrogel-based actuating systems. Advanced Functional Materials. 23 (36), 4555-4570 (2013).
  13. Ghosh, A., et al. Stimuli-responsive soft untethered grippers for drug delivery and robotic surgery. Frontiers in Mechanical Engineering. 3, 7(2017).
  14. Kirillova, A., Ionov, L. Shape-changing polymers for biomedical applications. Journal of Materials Chemistry B. 7, 1597-1624 (2019).
  15. Le, X., Lu, W., Zhang, J., Chen, T. Recent progress in biomimetic anisotropic hydrogel actuators. Advanced Science. 6 (5), 1801584(2019).
  16. Xu, W., Gracias, D. H. Soft three-dimensional robots with hard two-dimensional materials. ACS Nano. 13 (5), 4883-4892 (2019).
  17. Yoon, C. K. Advances in biomimetic stimuli responsive soft grippers. Nano Convergence. 6, 20(2019).
  18. Lee, Y., Song, W. J., Sun, J. Y. Hydrogel soft robotics. Materials Today Physics. 15, 100258(2020).
  19. Shen, Z., Chen, F., Zhu, X., Yong, K. T., Gu, G. Stimuli-responsive functional materials for soft robotics. Journal of Materials Chemistry B. 8, 8972-8991 (2020).
  20. Kim, H., et al. Shape morphing smart 3D actuator materials for micro soft robot. Materials Today. 41, 243-269 (2020).
  21. Ding, M., et al. Multifunctional soft machines based on stimuli-responsive hydrogels: From freestanding hydrogels to smart integrated systems. Materials Today Advances. 8, 100088(2020).
  22. Wang, X., Jiang, M., Zhou, Z., Gou, J., Hui, D. 3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective. Composites Part B: Engineering. 110, 442-458 (2017).
  23. Bartlett, N. W., et al. A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion. Science. 349 (6244), 161-165 (2015).
  24. Wehner, M., et al. An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots. Nature. 536, 451-455 (2016).
  25. Tibbits, S. 4D printing: Multi-material shape change. Architectural Design. 84 (1), 116-121 (2014).
  26. Gladman, A. S., Matsumoto, E. A., Nuzzo, R. G., Mahadevan, L., Lewis, J. A. Biomimetic 4D printing. Nature Materials. 15, 413-418 (2016).
  27. Momeni, F., Hassani, S. M., Liu, X., Ni, J. A review of 4D printing. Materials & Design. 125, 42-79 (2017).
  28. Ionov, L. 4D biofabrication: Materials, methods, and applications. Advanced Healthcare Materials. 7 (17), 1800412(2018).
  29. Liu, J., et al. Dual-gel 4D printing of bioinspired tubes. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (8), 8492-8498 (2019).
  30. Son, H., et al. Untethered actuation of hybrid hydrogel gripper via ultrasound. ACS Macro Letters. 9 (12), 1766-1772 (2020).
  31. Ding, Z., Salim, A., Ziaie, B. Squeeze-film hydrogel deposition and dry micropatterning. Analytical Chemistry. 82 (8), 3377-3382 (2010).
  32. Ongaro, F., et al. Autonomous planning and control of soft untethered grippers in unstructured environments. Journal of Micro-Bio Robotics. 12, 45-52 (2017).
  33. Scheggi, S., et al. Magnetic motion control and planning of untethered soft grippers using ultrasound image feedback. 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE. , 6156-6161 (2017).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Four Dimensional PrintingStimuli Responsive HydrogelsSoft Robots3D BioprintingShape TransformationThermally Responsive GripperN Isopropylacrylamide HydrogelMagnetic LocomotionHydrogel Ink PreparationUV Photocuring

Related Articles