מאמר שיטה

הדפסה ארבע-ממדית של רובוטים רכים מבוססי הידרוג'ל המגיבים לגירויים

DOI:

10.3791/64870

⸱

13 בינואר 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

במאמר זה

סיכום

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

כתב יד זה מתאר אסטרטגיית הדפסה בתלת-ממד לייצור רובוטים רכים חכמים המגיבים לגירויים. גישה זו יכולה לספק את הקרקע כדי להקל על מימושן של מערכות רובוטיות רכות חכמות הניתנות לשינוי צורה, כולל מניפולטורים חכמים, אלקטרוניקה ומערכות בריאות.

תקציר

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

הפרוטוקול הנוכחי מתאר את יצירתם של רובוטים רכים ארבע-ממדיים (4D), תלויי-זמן, הניתנים לשינוי צורה, המגיבים לגירויים, באמצעות שיטת הדפסה ביולוגית תלת-ממדית (3D). לאחרונה, טכניקות הדפסה 4D הוצעו בהרחבה כשיטות חדשות וחדשניות לפיתוח רובוטים רכים הניתנים לשינוי צורה. בפרט, טרנספורמציה של צורה תלוית זמן 4D היא גורם חיוני ברובוטיקה רכה מכיוון שהיא מאפשרת לפונקציות יעילות להתרחש בזמן ובמקום הנכונים כאשר הן מופעלות על ידי רמזים חיצוניים, כגון חום, pH ואור. בהתאם לפרספקטיבה זו, ניתן להדפיס חומרים המגיבים לגירויים, כולל הידרוג'לים, פולימרים והיברידים, כדי לממש מערכות רובוטיות רכות חכמות הניתנות לשינוי צורה. ניתן להשתמש בפרוטוקול הנוכחי כדי לייצר אחיזות רכות המגיבות תרמית המורכבות מהידרוג'לים מבוססי N-איזופרופילאקרילאמיד (NIPAM), עם גדלים כוללים הנעים בין מילימטרים לסנטימטרים באורך. צפוי כי מחקר זה יספק כיוונים חדשים למימוש מערכות רובוטיות רכות חכמות עבור יישומים שונים במניפולטורים חכמים (למשל, אחיזות, מפעילים ומכונות איסוף ומקום), מערכות בריאות (למשל, כמוסות תרופות, כלי ביופסיה ומיקרו-כירורגיה), ואלקטרוניקה (למשל, חיישנים לבישים ונוזלים).

מבוא

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

הפיתוח של רובוטים רכים המגיבים לגירויים חשוב הן מבחינה טכנית והן מבחינה אינטלקטואלית. המונח רובוטים רכים המגיבים לגירויים מתייחס בדרך כלל למכשירים/מערכות המורכבים מהידרוג'לים, פולימרים, אלסטומרים או בני כלאיים המציגים שינויי צורה בתגובה לרמזים חיצוניים, כגון חום, pH ואור 1,2,3,4. בין הרובוטים הרכים הרבים המגיבים לגירויים, רובוטים רכים מבוססי הידרוג'ל מסוג N-איזופרופילאקרילמיד (NIPAM) מבצעים את המשימות או האינטראקציות הרצויות באמצעות טרנספורמציית צורה ספונטנית 5,6,7,8. באופן כללי, הידרוג'לים מבוססי NIPAM מציגים טמפרטורת תמיסה קריטית נמוכה (LCST), ונפיחות (הידרופיליות מתחת ל- LCST) והתייבשות (הידרופוביות מעל LCST) מתרחשים בתוך מערכת ההידרוג'ל בסמוך לטמפרטורות פיזיולוגיות בין 32 °C ל- 36°C 9,10 ° C. מנגנון היפוך זה של נפיחות-נפיחות ליד נקודת המעבר הקריטית החדה של ה-LCST יכול ליצור את שינוי הצורה של רובוטים רכים הידרוג'ל מבוססי NIPAM2. כתוצאה מכך, רובוטים רכים הידרוג'ל מבוססי NIPAM המגיבים תרמית שיפרו פעולות, כגון הליכה, אחיזה, זחילה וחישה, החשובים במניפולטורים רב-תכליתיים, מערכות בריאות וחיישנים חכמים 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20,21.

בייצור רובוטים רכים המגיבים לגירויים, נעשה שימוש נרחב בגישות הדפסה תלת-ממדיות (3D) באמצעות תהליך תוסף ישיר שכבה אחר שכבה22. ניתן להדפיס מגוון חומרים, כגון פלסטיק והידרוג'ל רך, בהדפסת תלת מימד23,24. לאחרונה, הדפסת 4D הודגשה בהרחבה כטכניקה חדשנית ליצירת רובוטים רכים הניתנים לתכנות צורה 25,26,27,28. הדפסה תלת-ממדית זו מבוססת על הדפסה תלת-ממדית, והמאפיין העיקרי של הדפסה ב-4D הוא שהמבנים התלת-ממדיים יכולים לשנות את הצורות והמאפיינים שלהם עם הזמן. השילוב של הדפסה בתלת-ממד והידרוג'לים המגיבים לגירויים סיפק נתיב חדשני נוסף ליצירת התקני תלת-ממד חכמים המשנים את צורתם לאורך זמן כאשר הם נחשפים לגורמי גירוי חיצוניים מתאימים, כגון חום, pH, אור ושדות מגנטיים וחשמליים25,26,27,28 . הפיתוח של טכניקת הדפסה 4D זו באמצעות הידרוג'לים מגוונים המגיבים לגירויים סיפק הזדמנות להופעתם של רובוטים רכים הניתנים לשינוי צורה המציגים רב-תכליתיות עם מהירויות תגובה משופרות ורגישות למשוב.

מחקר זה מתאר את יצירתו של אובייקט אחיזה רך בעל יכולת תגובה תרמית המונעת על-ידי הדפסה תלת-ממדית, המציג טרנספורמציה ותנועה של צורה. יש לציין כי ניתן להשתמש בהליך הספציפי המתואר כדי לייצר רובוטים רכים רב-תכליתיים שונים בגדלים הכוללים הנעים בין סולמות באורך מילימטר לסנטימטר. לבסוף, צפוי כי פרוטוקול זה יכול להיות מיושם במספר תחומים, כולל רובוטים רכים (למשל, מפעילים חכמים ורובוטי תנועה), אלקטרוניקה גמישה (למשל, חיישנים אופטואלקטריים ומעבדה על שבב) ומערכות בריאות (למשל, כמוסות אספקת תרופות, כלי ביופסיה ומכשירים כירורגיים).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

האחיזה הרכה המגיבה לגירויים הורכבה משלושה סוגים שונים של הידרוג'לים: הידרוג'ל מבוסס אקרילאמיד (AAm) שאינו מגיב לגירויים, הידרוג'ל מבוסס N-איזופרופיל אקרילאמיד (NIPAM) מגיב תרמית, ופרוג'ל מגיב מגנטי (איור 1). שלושת דיו ההידרוג'ל הוכנו על ידי שינוי שיטות שפורסמו בעבר 29,30,31. הנתונים המוצגים במחקר זה זמינים על פי בקשה מהמחבר המתאים.

1. הכנת דיו הידרוג'ל

  1. דיו הידרוג'ל על בסיס AAm שאינו מגיב לגירויים (איור 1A)
    1. יש לדלל את האקרילאמיד (AAm), את הקרוסלינקר N, את ה-N'-מתילנבי-סקרילאמיד (BIS) (ראו טבלת חומרים), ואת הפוטו-איניטיטור 2-הידרוקסי-4'-(2-הידרוקסיאתוקסי)-2-מתילפרופיונון (ראו טבלת חומרים) במים מזוקקים (DI) באמצעות מערבל מגנטי למשך 24 שעות.
    2. מערבלים את החומר המדלל גזירה, ננו-קליי לפוניט RD וצבע O-methacrylate פלואורסצין (ראו טבלת חומרים) ב-1,150 סל"ד למשך 6 שעות לפחות עד שהם מדוללים לחלוטין.
    3. הכן משקלים ספציפיים של דיו הידרוג'ל מבוסס AAm לכל סך של 20 מ"ל של בסיס תמיסה: 1.576 גרם של AAm, 0.332 גרם של BIS, 1.328 גרם של לפוניט RD, 0.166 גרם של photoinitiator, 0.1 מ"ג של NaOH, 0.1 מ"ג של פלואורסצין O-methacrylate (ראה טבלת חומרים), ו 16.594 גרם של מים DI.
    4. לאחר דילול מוחלט, העבר את דיו ההידרוג'ל מבוסס AAm למחסנית הדפסה תלת-ממדית ריקה (ראה טבלת חומרים) באמצעות מזרק.
  2. דיו הידרוג'ל על בסיס NIPAM המגיב לגירויים (איור 1B)
    1. דילול N-איזופרופיל אקרילאמיד (NIPAM), פולי N-איזופרופיל אקרילאמיד (PNIPAM), והפוטויניטיטור (ראו טבלת חומרים) במי DI באמצעות מערבל מגנטי למשך 24 שעות.
    2. מערבלים את החומר המדלל גזירה, לפוניט RD ננו-קליי, ופלואורסצין רודמין 6G צובעים ב-1,150 סל"ד למשך 6 שעות לפחות עד שהם מדוללים לחלוטין.
    3. הכן משקלים ספציפיים של דיו הידרוג'ל מבוסס NIPAM לכל סך של 20 מ"ל של בסיס תמיסה: 1.692 גרם של NIPAM, 0.02 גרם של pNIPAM, 1.354 גרם של לפוניט RD, 0.034 גרם של photoinitiator, 0.1 מ"ג של רודמין 6G (ראה טבלת חומרים), ו 16.92 גרם של מים DI.
    4. לאחר דילול מלא, העבר את דיו ההידרוג'ל המבוסס על NIPAM למחסנית הדפסה תלת-ממדית ריקה באמצעות מזרק.
  3. דיו פרוגל (איור 1C)
    1. הכן את תמיסת ה-A: דילול אקרילאמיד (AAm) וקרוסלינקר, N, N'-מתילנביסקרילאמיד (BIS), תחמוצת ברזל (Fe2O3), ו-N, N, N', N'-טטרה-מתילאתילנדיאמין (TMEDA) (ראו טבלת חומרים) במי DI.
    2. שקול את אחוז המשקל הספציפי (wt%) של החומרים: 71% AAm, 3.5% BIS ו- 25.5% Fe 2 O3 ב-1.2 מ"ל של מי DI עם 10 μL של מאיץ TMEDA.
    3. הכן את תמיסת B: דלל 0.8 גרם של אמוניום פרסולפט (APS, ראה טבלת חומרים) ב-10 מ"ל של מי DI.
    4. לצורך פילמור, העבר 200 μL של תמיסת A ו 5 μL של תמיסה B לתוך צינור microcentrifuge.
    5. מערבולת צינור המיקרוצנטריפוגה במשך 20 שניות.

2. אופטימיזציה של עיצוב האחיזה ההיברידית הרכה

הערה: האחיזה ההיברידית הרכה האליפטית מורכבת משכבה חיצונית של הידרוג'ל מבוסס AAm, שכבה פנימית של הידרוג'ל מבוסס NIPAM ושכבה עליונה של פרוגל (איור 1D). האחיזה ההיברידית הרכה האליפטית הכוללת נוצרה באמצעות תוכנת AutoCAD (ראו טבלת חומרים).

  1. תכנון שכבת הידרוג'ל דו-ממדית מבוססת AAm
    1. צייר צורה אליפטית עם ציר אנכי של 24 מ"מ וציר אופקי של 20 מ"מ בחלק החיצוני ביותר.
    2. צייר צורה אליפטית נוספת עם ציר אנכי של 20.8 מ"מ וציר אופקי של 16.8 מ"מ עם אותה נקודת מרכז כמו הצורה שצוירה בשלב 2.1.1.
    3. צייר קשת בת שלוש נקודות העוברת דרך הנקודות (−8.24, 2), (0, 6) ו- (8.24, 2) הרחק מנקודת המרכז של האליפסה.
    4. חותכים את החלק העליון הקטן של הליקוי המחולק בקשת.
  2. תכנון שכבת הידרוג'ל דו-ממדית מבוססת NIPAM
    1. צייר אליפסה עם ציר אנכי של 20.2 מ"מ וציר אופקי של 16.4 מ"מ עם אותה נקודת מרכז כמו הצורה שצוירה בשלב 2.1.1.
    2. צייר אליפסה עם ציר אנכי של 16.16 מ"מ וציר אופקי של 13.12 מ"מ עם אותה נקודת מרכז כמו הצורה שצוירה בשלב 2.1.1.
    3. צייר קשת של שלוש נקודות העוברת דרך הנקודות (−7.86, 1.83), (0, 5.6) ו- (7.86, 1.83) הרחק מנקודת המרכז של האליפסה.
    4. צייר קשת של שלוש נקודות העוברת דרך הנקודות (−5.47, 1.64), (0, 3.18) ו- (5.47, 1.64) הרחק מנקודת המרכז של האליפסה.
    5. חותכים את החלק העליון הקטן של האליפסות חלקי הקשתות.
    6. כדי ליצור מעמד, צייר קשת עם שתי נקודות הרחק מנקודת המרכז ב- (−4.75, −2.71) ו- (4.75, −2.71) כשתי נקודות קצה ונקודה אחת מנקודת המרכז ב- (0, -4.59).
  3. עיצוב שכבת פרוגל דו מימדית
    1. צייר קשת של שלוש נקודות העוברת דרך הנקודות (−7, 4.92), (0, 9.2) ו- (7, 4.92) הרחק מנקודת המרכז של האליפסה.
    2. צייר קשת של שלוש נקודות העוברת דרך הנקודות (−7, 4.92), (0, 7.6) ו- (7, 4.92) הרחק מנקודת המרכז של האליפסה.
  4. עיצוב קצוות אחיזה דו-ממדיים
    1. כדי להפוך את חלק האחיזה של האחיזה, חותכים 0.8 מ"מ מכל צד מקו האמצע בתחתית האליפסה.
  5. עיצוב גריפר היברידי תלת מימדי
    1. כדי להפוך את עיצוב האחיזה ההיברידית הדו-ממדית הכוללת לתלת-ממד, יש להבליט את הכן של הג'ל המגיב ב-0.8 מ"מ, ולהוציא את הג'ל שאינו מגיב, את האליפסה החתוכה של הג'ל המגיב ואת הפרוגל ב-2.5 מ"מ.

3. הדפסה תלת מימדית של האחיזה ההיברידית הרכה

  1. צור קוד G 30 עבור כל מבנה שנוצר בשלב 2 באמצעות תוכנת Slic3r (ראה טבלת חומרים) עם גובה שכבה של 0.4 מ"מ, מהירות הדפסה של10 מ"מ−1 וצפיפות מילוי של 75%. ערוך את קובץ קוד G באמצעות ראשי הדפסה כפולים.
  2. שמור את קובץ ה- G-code בכרטיס דיגיטלי מאובטח (SD) וחבר אותו למדפסת התלת-ממד (ראה טבלת חומרים) כדי ליצור את נתיבי ההדפסה של אובייקט האחיזה הרך.
  3. חבר בקרת לחץ של משאבת אוויר למדפסת התלת-ממד.
  4. בחר קצוות זרבובית בקטרים של 0.25 מ"מ ו- 0.41 מ"מ עבור הידרוג'ל מבוסס NIPAM והידרוג'ל מבוסס AAm, בהתאמה.
  5. חבר את מחסנית ההידרוג'ל מבוססת AAm לזרבובית 1 ואת מחסנית ההידרוג'ל מבוססת NIPAM לזרבובית 2.
  6. בדוק אם שני ראשי ההדפסה של המחסניות נמצאים באותו מיקום על ציר z.
  7. כייל את קואורדינטות X ו- Y בדיוק כדי למנוע אי-התאמות בין שני החרירים.
  8. הגדר את לחץ ההדפסה על 20-25 KPa עבור הידרוג'ל מבוסס AAm ועל 10-15 KPa עבור הידרוג'ל מבוסס NIPAM.
  9. חזור על שלבים 3.5-3.8 כאשר כל דגימה מודפסת במלואה (איור 2A).

4. צילום UV של האחיזה ההיברידית הרכה

  1. לפני צילום UV, הזריקו את דיו הפרוגל המגיב לשדה המגנטי (מוכן בשלב 1.3) לאזור החור הדק הממוקד של האחיזה הרכה המודפסת בתלת-ממד באמצעות מזרק.
  2. לאחר הזרקת הפרוגל, מקם את מבנה האחיזה בתוך תא מקור UV עם אורך גל של 365 ננומטר למשך 6 דקות. תקן את עוצמת אור ה- UV ב- 4.9 mJ/s.
  3. לאחר צילום UV, העבירו את מבנה האחיזה לאמבטיית מים DI למשך 24 שעות לפחות עד שהם מגיעים למצב שיווי משקל נפוח לחלוטין (איור 2B-D).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

הידרוג'ל מבוסס NIPAM נלקח בחשבון בעיקר בעת תכנון האחיזה הרכה המגיבה תרמית בשל ה-LCST החד שלו, מה שגורם לו להפגין תכונות משמעותיות של נפיחות-נפיחות 9,10. בנוסף, ההידרוג'ל מבוסס ה-AAm נחשב כמערכת שאינה מגיבה לגירויים כדי למקסם את שינוי הצורה של האחיזה ההיברידית הרכה תוך הפחתת הדלדול של הממשק במהלך תהליכי חימום וקירור מרובים. בנוסף, פרוגל שולבה במערכת היברידית זו כדי ליצור אחיזה היברידית רכה המגיבה לשדה מגנטי לשליטה בלתי מוגבלת בתנועה המונעת על ידי שדה מגנטי. בפרט, ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

במונחים של בחירת חומרים עבור האחיזה ההיברידית הרכה, מערכת חומרים רב-רספונסיבית המורכבת מהידרוג'ל מבוסס AAm שאינו מגיב לגירויים, הידרוג'ל מבוסס NIPAM מגיב תרמית, ופרוג'ל מגיב מגנטית הוכן לראשונה כדי לאפשר לאחיזה ההיברידית הרכה להציג שינוי תנועה וצורה הניתנים לתכנות. הודות לתכונות הנפיחות-נפיחות המגיבות תרמית שלהם, הידרוג'לים מבוססי NIPAM מציגים כיפוף, קיפול או קימוט כאשר הם מיוצרים כמבנים דו-שכבתיים או דו-פסיפיים עם הידרוג'לים בעלי תכונות נפיחות שונות, כגון הידרוג'לים מבוססי AAm1. בנוסף, הידרוג'לים...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים מצהירים על היעדר ניגוד עניינים.

תודות

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

המחברים מודים על תמיכה ממענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (MSIT) (No.2022R1F1A1074266).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
2-הידרוקסי-4'-(2-הידרוקסיאתוקסי)-2-מתילפרופיופנוןסיגמא אולדריץ'410896-50GIrgacure 2959, photoinitiator
מדפסת תלת מימד WOX 2Xsindohn/aלייצור מבוך
אקרילאמידסיגמא-אולדריץ'29-007≥ 99%
מדחס מברשת אווירWilTecAF18-2
אמוניום פרסולפטSigma AldrichA4418
Auto CADAutodeskn/aתוכנה לקובץ עיצוב בעזרת מחשב
BLX UV crosslinkerBIO-LINKU01-133-565
מחסניתCELLINKCSC010300102
ערבוב דיגיטלי חם צלחותקורנינג6798-420D
פלואורסצאין O-methacrylateSigma Aldrich568864צבע של ג'ל AAm
INKREDIBLE+ ביו-מדפסתCELLINKn/a
ברזל (III) תחמוצת אדומהDUKSAN מדע כלליI0231
Laponite RDBYKn/aצינור מיקרוצנטריפוגה ננו-חימר
SPL60615
בר בוחש מיקרוCowie27-00360-08
N, N, N', N'-tetramethylethylenediamineSigma AldrichT7024-100ML
N, N'-METHYLENEBISACRYLAMIDESigma AldrichM7279≥ 99.5%
N-isopropylacrylamideSigma-Aldrich415324-50G
Poly (N-isopropylacrylamide)Sigma-Aldrich535311
Rhodamine 6GSigma AldrichR4127צבע של NIPAM ג'ל
תוכנת Slic3r (v1.2.9)Slic3rn/aתוכנת קוד פתוח להמרת קובץ .stl ל- gcode
חרוזי נתרן הידרוקסידסיגמא אולדריץ'S5881
חרירי הדפסה ביולוגית חרוטית סטרילית ברמת דיוק גבוההCELLINKNZ327000500122 גרם, 25 גרם
מזרקחיסון קוריאהK0741538910 סמ"ק 21 גרם (1-1/4 אינץ')
מערבל מערבולתDAIHANDH.
WVM00030

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

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

מאמרים קשורים