Summary
Este manuscrito descreve uma estratégia de impressão 4D para fabricar robôs macios inteligentes responsivos a estímulos. Essa abordagem pode fornecer as bases para facilitar a realização de sistemas robóticos macios inteligentes transformáveis em formas, incluindo manipuladores inteligentes, eletrônicos e sistemas de saúde.
Abstract
O presente protocolo descreve a criação de robôs macios quadridimensionais (4D), dependentes do tempo, mutáveis por forma e responsivos a estímulos, usando um método de bioimpressão tridimensional (3D). Recentemente, as técnicas de impressão 4D têm sido extensivamente propostas como novos métodos inovadores para o desenvolvimento de robôs macios transformáveis em forma. Em particular, a transformação de forma dependente do tempo 4D é um fator essencial na robótica suave, pois permite que funções eficazes ocorram no momento e no local certos quando desencadeadas por sinais externos, como calor, pH e luz. De acordo com essa perspectiva, materiais responsivos a estímulos, incluindo hidrogéis, polímeros e híbridos, podem ser impressos para realizar sistemas robóticos macios inteligentes e transformáveis em formas. O protocolo atual pode ser usado para fabricar garras macias termicamente responsivas compostas de hidrogéis à base de N-isopropilacrilamida (NIPAM), com tamanhos gerais que variam de milímetros a centímetros de comprimento. Espera-se que este estudo forneça novas direções para a realização de sistemas robóticos macios inteligentes para várias aplicações em manipuladores inteligentes (por exemplo, garras inteligentes, atuadores e máquinas pick-and-place), sistemas de saúde (por exemplo, cápsulas de medicamentos, ferramentas de biópsia e microcirurgias) e eletrônicos (por exemplo, sensores vestíveis e fluídicos).
Introduction
O desenvolvimento de robôs macios responsivos a estímulos é importante do ponto de vista técnico e intelectual. O termo robôs macios responsivos a estímulos geralmente se refere a dispositivos/sistemas compostos por hidrogéis, polímeros, elastômeros ou híbridos que exibem mudanças de forma em resposta a pistas externas, como calor, pH e luz 1,2,3,4. Dentre os muitos robôs macios responsivos a estímulos, os robôs macios à base de hidrogel à base de hidrogel N-isopropilacrilamida (NIPAM) realizam as tarefas ou interações desejadas usando transformação espontânea de forma 5,6,7,8. Geralmente, os hidrogéis à base de NIPAM exibem uma baixa temperatura crítica da solução (LCST), e alterações de propriedade de inchaço (hidrofilicidade abaixo da LCST) e desinchamento (hidrofobicidade acima da LCST) ocorrem dentro do sistema de hidrogel perto de temperaturas fisiológicas entre 32 °C e 36 °C 9,10. Este mecanismo reversível de inchaço-desinchamento perto do ponto crítico de transição acentuado do LCST pode gerar a transformação da forma de robôs macios de hidrogel à base de NIPAM2. Como resultado, os robôs macios de hidrogel à base de NIPAM termicamente responsivos melhoraram as operações, como andar, agarrar, rastejar e detectar, que são importantes em manipuladores multifuncionais, sistemas de saúde e sensores inteligentes 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20,21.
Na fabricação de robôs macios responsivos a estímulos, abordagens de impressão tridimensional (3D) têm sido amplamente empregadas usando um processo aditivo direto camada por camada22. Uma variedade de materiais, como plásticos e hidrogéis macios, pode ser impressa com impressão 3D23,24. Recentemente, a impressão 4D tem sido amplamente destacada como uma técnica inovadora para a criação de robôs macios programáveisem forma 25,26,27,28. Esta impressão 4D é baseada na impressão 3D, e a principal característica da impressão 4D é que as estruturas 3D podem mudar suas formas e propriedades ao longo do tempo. A combinação de impressão 4D e hidrogéis responsivos a estímulos forneceu outra rota inovadora para criar dispositivos 3D inteligentes que mudam de forma ao longo do tempo quando expostos a gatilhos de estímulo externos apropriados, como calor, pH, luz e campos magnéticos e elétricos25,26,27,28 . O desenvolvimento desta técnica de impressão 4D usando diversos hidrogéis responsivos a estímulos proporcionou uma oportunidade para o surgimento de robôs macios transformáveis em forma que exibem multifuncionalidade com velocidades de resposta aprimoradas e sensibilidade ao feedback.
Este estudo descreve a criação de uma garra macia termicamente responsiva acionada por impressão 3D que exibe a transformação da forma e a locomoção. Notavelmente, o procedimento específico descrito pode ser utilizado para fabricar vários robôs macios multifuncionais com tamanhos gerais que variam de escalas de milímetro a centímetro de comprimento. Finalmente, espera-se que esse protocolo possa ser aplicado em vários campos, incluindo robôs macios (por exemplo, atuadores inteligentes e robôs de locomoção), eletrônica flexível (por exemplo, sensores optoelétricos e laboratório em um chip) e sistemas de saúde (por exemplo, cápsulas de liberação de medicamentos, ferramentas de biópsia e dispositivos cirúrgicos).
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Protocol
A pinça macia responsiva a estímulos foi composta por três tipos diferentes de hidrogéis: hidrogel à base de acrilamida não responsiva a estímulos (AAm), hidrogel à base de N-isopropil acrilamida (NIPAM) termicamente responsivo e ferrogel magnético responsivo (Figura 1). As três tintas de hidrogel foram preparadas modificando métodos previamente publicados 29,30,31. Os dados apresentados neste estudo estão disponíveis mediante solicitação do autor correspondente.
1. Preparação de tintas de hidrogel
- Tintas de hidrogel à base de AAm não responsivas a estímulos (Figura 1A)
- Diluir a acrilamida (AAm), o reticulante N, a N'-metilenobisacrilamida (BIS) (ver Tabela de Materiais) e o fotoiniciador 2-Hidroxi-4'-(2-hidroxietoxi)-2-metilpropiofenona (ver Tabela de Materiais) em água destilada (DI) utilizando um agitador magnético durante 24 h.
- Vórtice do agente de afinamento por cisalhamento, da nanoargila RD de laponita e do corante fluoresceína O-metacrilato (ver Tabela de Materiais) a 1.150 rpm durante, pelo menos, 6 h até que se diluam completamente.
- Preparar pesos específicos de tinta hidrogel à base de AAm por total de 20 mL de base de solução: 1,576 g de AAm, 0,332 g de BIS, 1,328 g de laponite RD, 0,166 g de fotoiniciador, 0,1 mg de NaOH, 0,1 mg de fluoresceína O-metacrilato (ver Tabela de Materiais) e 16,594 g de água DI.
- Após a diluição total, transfira a tinta hidrogel à base de AAm para um cartucho de impressão 3D vazio (consulte Tabela de Materiais) utilizando uma seringa.
- Tintas de hidrogel à base de NIPAM responsivas a estímulos (Figura 1B)
- Diluir N-isopropilacrilamida (NIPAM), poli N-isopropil acrilamida (PNIPAM) e o fotoiniciador (ver Tabela de Materiais) em água DI utilizando um agitador magnético durante 24 h.
- Vórtice do agente de cisalhamento, da nanoargila RD de laponita e do corante fluoresceína rodamina 6G a 1.150 rpm por pelo menos 6 h até que se diluam completamente.
- Preparar pesos específicos de tinta hidrogel à base de NIPAM por total de 20 mL de base de solução: 1,692 g de NIPAM, 0,02 g de pNIPAM, 1,354 g de laponite RD, 0,034 g de fotoiniciador, 0,1 mg de rodamina 6G (ver Tabela de Materiais) e 16,92 g de água DI.
- Após a diluição completa, transfira a tinta de hidrogel à base de NIPAM para um cartucho de impressão 3D vazio usando uma seringa.
- Tintas Ferrogel (Figura 1C)
- Preparar a solução A: Acrilamida diluída (AAm) e reticulante, N, N'-metilenobisacrilamida (BIS), óxido férrico (Fe2O3) e N, N, N', N'-tetrametiletilenodiamina (TMEDA) (ver Tabela de Materiais) em água DI.
- Considere a porcentagem de peso específico (wt%) dos materiais: 71% AAm, 3,5% BIS e 25,5% Fe 2 O3 em1,2mL de água DI com 10 μL de acelerador TMEDA.
- Preparar a solução B: Diluir 0,8 g de persulfato de amónio (APS, ver Tabela de Materiais) em 10 ml de água DI.
- Para polimerização, transferir 200 μL da solução A e 5 μL da solução B para um tubo de microcentrífuga.
- Vórtice do tubo de microcentrífuga por 20 s.
2. Otimização do design da garra híbrida macia
NOTA: A garra híbrida macia elíptica é composta por uma camada externa de hidrogel à base de AAm, uma camada interna de hidrogel à base de NIPAM e uma camada superior de ferrogel (Figura 1D). A garra híbrida macia elíptica geral foi criada usando o software AutoCAD (consulte Tabela de materiais).
- Design de camada de hidrogel bidimensional à base de AAm
- Desenhe uma forma elíptica com um eixo vertical de 24 mm e um eixo horizontal de 20 mm na parte mais externa.
- Desenhe outra forma elíptica com um eixo vertical de 20,8 mm e um eixo horizontal de 16,8 mm com o mesmo ponto central da forma desenhada no passo 2.1.1.
- Desenhe um arco de três pontos passando pelos pontos (−8,24, 2), (0, 6) e (8,24, 2) longe do ponto central da elipse.
- Apare a pequena parte superior do eclipse dividida pelo arco.
- Projeto de camada de hidrogel bidimensional à base de NIPAM
- Desenhar um oval com um eixo vertical de 20,2 mm e um eixo horizontal de 16,4 mm com o mesmo ponto central da forma desenhada no passo 2.1.1.
- Desenhar uma elipse com um eixo vertical de 16,16 mm e um eixo horizontal de 13,12 mm com o mesmo ponto central da forma desenhada no passo 2.1.1.
- Desenhe um arco de três pontos passando pelos pontos (−7,86, 1,83), (0, 5,6) e (7,86, 1,83) longe do ponto central da elipse.
- Desenhe um arco de três pontos passando pelos pontos (−5,47, 1,64), (0, 3,18) e (5,47, 1,64) longe do ponto central da elipse.
- Aparar a pequena parte superior das elipses dividida pelos arcos.
- Para fazer um pedestal, desenhe um arco com dois pontos de distância do ponto central em (−4,75, −2,71) e (4,75, −2,71) como ambos os pontos finais e um ponto de distância do ponto central em (0, -4,59).
- Design de camada de ferrogel bidimensional
- Desenhe um arco de três pontos passando pelos pontos (−7, 4,92), (0, 9,2) e (7, 4,92) longe do ponto central da elipse.
- Desenhe um arco de três pontos passando pelos pontos (−7, 4,92), (0, 7,6) e (7, 4,92) longe do ponto central da elipse.
- Design de pontas de garra bidimensionais
- Para fazer a parte de preensão da garra, corte 0,8 mm de cada lado a partir da linha central na parte inferior da elipse.
- Design de garra híbrida tridimensional
- Para transformar o design geral da garra híbrida 2D em 3D, extruda o pedestal do gel responsivo em 0,8 mm e extruda o gel não responsivo, o oval de corte do gel responsivo e o ferrogel em 2,5 mm.
3. Impressão tridimensional da garra híbrida macia
- Gere um código G 30 para cada estrutura criada na etapa 2 usando o software Slic3r (consulte Tabela de Materiais) com uma altura de camada de 0,4 mm, uma velocidade de impressão de10 mms−1 e uma densidade de preenchimento de 75%. Edite o arquivo de código G usando cabeças de impressão duplas.
- Salve o arquivo de código G em um cartão digital (SD) seguro e conecte-o à impressora 3D (consulte Tabela de materiais) para gerar os caminhos de impressão da garra macia.
- Conecte um controle de pressão da bomba de ar à impressora 3D.
- Escolha pontas de bico com diâmetros de 0,25 mm e 0,41 mm para o hidrogel à base de NIPAM e o hidrogel à base de AAm, respectivamente.
- Conecte o cartucho de hidrogel à base de AAm ao bocal 1 e o cartucho de hidrogel à base de NIPAM ao bocal 2.
- Verifique se as duas cabeças de impressão dos cartuchos estão na mesma posição no eixo z.
- Calibre as coordenadas X e Y com precisão para evitar desalinhamentos entre os dois bicos.
- Ajuste a pressão de impressão em 20-25 KPa para o hidrogel à base de AAm e em 10-15 KPa para o hidrogel à base de NIPAM.
- Repita as etapas 3.5-3.8 quando cada amostra estiver completamente impressa (Figura 2A).
4. Fotocura UV da garra híbrida macia
- Antes da fotocura UV, injete as tintas ferrogel responsivas ao campo magnético (preparadas na etapa 1.3) na área de furo fino alvo da garra macia impressa em 3D usando uma seringa.
- Após a injeção do ferrogel, coloque a estrutura da garra dentro de uma câmara de fonte UV com um comprimento de onda de 365 nm por 6 min. Fixe a intensidade da luz UV em 4,9 mJ/s.
- Após a fotocura UV, transfira a estrutura da garra para um banho-maria DI por pelo menos 24 h até atingir um estado de equilíbrio totalmente inchado (Figura 2B-D).
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Representative Results
O hidrogel à base de NIPAM foi considerado principalmente ao projetar a garra macia termicamente responsiva devido ao seu LCST afiado, o que faz com que ele exiba propriedades significativas de inchaço-desinchamento 9,10. Além disso, o hidrogel à base de AAm foi considerado como um sistema não responsivo a estímulos para maximizar a transformação da forma da garra híbrida macia, reduzindo a delaminação da interface durante múltiplos processos de aquecimento e resfriamento. Além disso, o ferrogel foi integrado a este sistema híbrido para criar uma garra híbrida macia responsiva ao campo magnético para o controle sem amarras da locomoção acionada por campo magnético. Em particular, a injeção de tinta de ferrogel deve ser realizada antes da polimerização para evitar a separação da estrutura de hidrogel à base de NIPAM.
O acionamento da abertura e fechamento termicamente responsivos foi considerado principalmente para determinar a geometria ideal da garra híbrida. Inicialmente, o inchaço e o desinchamento dos hidrogéis à base de NIPAM e à base de AAm foram avaliados medindo-se as mudanças de diâmetro da temperatura ambiente para 60 °C. Com base nessa verificação do poder de intumescimento, o hidrogel à base de AAm foi colocado na parte externa da camada estrutural e o hidrogel à base de NIPAM foi colocado dentro da camada responsiva. Este trabalho verificou a função de preensão de diversas estruturas diferentes da garra híbrida, como geometrias circulares e elípticas. Especificamente, uma forma elíptica geral com uma placa plana à base de NIPAM no interior foi escolhida para aumentar o poder de inchaço-desinchamento para permitir que o dispositivo segure bem e segure os alvos com segurança sem deixá-los cair durante as tarefas de pick-and-place. Além disso, uma área simétrica de ferrogel em forma de crescente foi projetada no topo da estrutura elíptica para integrar a locomoção magnética responsiva precisa da garra híbrida.
A garra híbrida foi fabricada utilizando um método de impressão 3D aditivo orientado a caminho (Figura 3). Primeiro, o hidrogel à base de AAm foi impresso no exterior da garra como uma camada de suporte de estrutura (Figura 3A) e, em seguida, o hidrogel à base de NIPAM foi impresso no interior como uma camada responsiva a estímulos (Figura 3B). Posteriormente, o ferrogel foi injetado no poço na parte superior da garra híbrida (Figura 3C). Para a primeira etapa dos processos duplos de impressão e injeção 3D, os hidrogéis sintetizados à base de AAm e NIPAM foram cuidadosamente transferidos para um cartucho 3D vazio para não deixar o ar entrar. A injeção do ferrogel para se conectar com precisão com a camada de hidrogel estrutural à base de AAm teve que ser cuidadosamente conduzida para evitar bolhas.
Uma variedade de parâmetros de impressão, como a pressão de impressão, a velocidade, o diâmetro do bocal e a composição da tinta, foram verificados para determinar as condições ideais de impressão 3D. Observamos que as propriedades viscoelásticas das tintas foram os parâmetros mais importantes para a obtenção de processos precisos de impressão e cura UV. As propriedades viscoelásticas são determinadas principalmente pela razão de peso do agente de afinamento puro (por exemplo, laponita RD). Para identificar as características reológicas apropriadas das soluções de tinta, é essencial ajustar o agente de afinamento por cisalhamento para impressão precisa e rápida solidificação após a impressão e antes do processo de cura UV. Além disso, as camadas de hidrogel à base de AAm e NIPAM tiveram que ser conectadas com precisão, sem sobreposição ou lacunas entre elas durante o processo de impressão 3D. Um pequeno desalinhamento nas direções X-Y e um deslocamento na direção Z durante o processo de impressão 3D dupla podem resultar em erros significativos na estrutura final. Se qualquer desalinhamento for observado, o posicionamento predefinido das direções X e Y com um deslocamento na direção Z no código G deve ser alinhado novamente a cada etapa de impressão até que as cabeças de impressão duplas estejam perfeitamente alinhadas. Para alcançar estruturas de garra alinhadas com precisão, sem erros, pequenos marcadores de calibração em forma de cubo foram inseridos nos quatro cantos para preservar o centro de cada estrutura.
A garra híbrida macia executou uma tarefa de pick-and-place por meio de atuação termicamente responsiva e locomoção magnética. Inicialmente, observou-se atuação termicamente responsiva da garra híbrida macia. Quando a temperatura aumentou acima da temperatura crítica mais baixa da solução (LCST), o gel à base de NIPAM encolheu e a ponta da garra se fechou, devido ao inchaço do hidrogel à base de NIPAM. Em contraste, a ponta da garra da pinça híbrida macia se abriu quando a temperatura diminuiu abaixo do LCST, devido ao inchaço do hidrogel à base de NIPAM (Figura 4A). Além disso, verificou-se que a incorporação de ferrogel não afetou o dobramento da garra híbrida macia durante as mudanças de temperatura.
Um labirinto simples usando uma impressora 3D foi fabricado, preenchido com água DI e colocado em uma placa quente. A garra híbrida macia totalmente inchada foi então colocada na posição inicial do labirinto em um estado de ponta aberta, e ovas de salmão foram colocadas na área alvo. A garra híbrida macia foi guiada usando um ímã externo até atingir as ovas de salmão. Em seguida, a ponta da garra híbrida macia fechou para segurar as ovas de salmão quando a temperatura atingiu 40 °C. Finalmente, a garra híbrida macia foi movida para fora do labirinto enquanto segurava as ovas de salmão e, em seguida, liberou as ovas de salmão na área alvo em um estado de ponta aberta a uma temperatura ambiente de 25 °C (Figura 4B). As ovas de salmão mantiveram sua forma sem qualquer dano durante toda a tarefa de pick-and-place. Além disso, ímãs de neodímio foram usados para guiar a garra híbrida macia durante a locomoção magnética-responsiva.
Figura 1: Preparação de hidrogel e o design de garra híbrida macia . (A) Hidrogel à base de AAm. (B) Hidrogel à base de NIPAM. (C) Tintas Ferrogel. (D) O design de garra híbrida macia feito usando o software AutoCAD e Slic3r. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Processo de fabricação para a impressão 3D da garra híbrida macia . (A) Modos de impressão dupla com tintas de hidrogel à base de AAm e hidrogel à base de NIPAM. (B) Camada de ferrogel. (C) Fotocura UV. (D) Estado de equilíbrio na água DI. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Fabricação da garra híbrida macia. (A) Camada externa de hidrogel à base de Aam não responsiva a estímulos. (B) Camada de hidrogel à base de NIPAM responsiva a estímulos internos. (C) Camada de ferrogel. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. Atuação e locomoção da garra híbrida macia. (A) Atuação termicamente responsiva da garra híbrida macia. (B) Demonstração de tarefas de pick-and-place com a garra híbrida macia. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Em termos de seleção de material para a garra híbrida macia, um sistema de material multi-responsivo composto por um hidrogel à base de AAm não responsivo a estímulos, um hidrogel à base de NIPAM termicamente responsivo e um ferrogel responsivo magnético foi preparado pela primeira vez para permitir que a garra híbrida macia exibisse locomoção programável e transformação de forma. Devido às suas propriedades de inchaço-desinchamento termicamente responsivas, os hidrogéis à base de NIPAM exibem flexão, dobra ou enrugamento quando fabricados como estruturas de bicamada ou bitira com hidrogéis com diferentes propriedades de inchaço, como hidrogéis à base de AAm1. Além disso, os hidrogéis podem ser projetados para serem magneticamente responsivos, incorporando nanopartículas de óxido de ferro (Fe2O3). É importante ressaltar que este ferrogel à base de acrilamida incorporado ao Fe2O3 pode desempenhar um papel importante na habilitação da capacidade de resposta magnética para facilitar a locomoção movida a campo magnético de robô macio. Em particular, hidrogéis magneticamente responsivos têm sido propostos para serem usados em sistemas robóticos macios à base de hidrogel não amarrados, o que forneceria abordagens menos invasivas em ambientes dinamicamente desordenados32.
É importante ressaltar que a garra híbrida macia exigia boa adesão entre os três hidrogéis. Quando a adesão é fraca, a interface entre os hidrogéis será delaminada durante o inchaço e desinchamento repetidos em resposta a gatilhos externos. Em particular, hidrogéis à base de acrilamida foram introduzidos para garantir uma boa adesão sob a manipulação e locomoção repetidas térmica e magneticamente responsivas da garra híbrida macia. Além disso, o inchaço e o desinchamento de hidrogéis à base de AAm baseados em NIPAM termicamente responsivos e não responsivos a estímulos foram verificados para antecipar o grau de flexão da garra híbrida macia. Deve-se notar que um modelo de simulação baseado na estrutura termodinâmica com inchaço de hidrogel (por exemplo, o modelo de Flory-Huggins) e mecânica (por exemplo, o modelo neo-hookeano) pode ajudar a determinar a extensão da flexão em função do inchaço e da temperatura8. Com base nessas caracterizações experimentais e teóricas do dobramento da garra, uma camada de hidrogel à base de NIPAM termicamente responsiva foi escolhida para a parte interna, e uma camada de hidrogel à base de AAm não responsiva a estímulos foi escolhida para a parte externa para permitir a flexão das pontas de preensão no centro com temperaturas crescentes.
Em termos de fabricação da garra híbrida macia, nosso processo de impressão quadridimensional (4D) dependente do tempo pode ser usado para criar diversos robôs macios responsivos a estímulos com uma ampla faixa de tamanho de milímetros a centímetros. Recentemente, a combinação de impressão 4D e materiais inteligentes responsivos a estímulos forneceu uma nova rota para o desenvolvimento de estruturas 3D inteligentes que são transformáveis em forma quando expostas a uma fonte de estímulo apropriada. Juntamente com a técnica de impressão 4D usando um hidrogel programável responsivo a estímulos, diversos caminhos de impressão 3D de materiais responsivos a estímulos podem apresentar diferentes geometrias inchadas finais que exibem diferentes estruturas curvas, enroladas, dobradas ou helicoidais26. O desenvolvimento desta inovadora estratégia de impressão 4D atraiu atenção significativa devido à sua escalabilidade significativa e capacidade de fabricação para a criação de robôs macios inteligentes responsivos a estímulos.
No entanto, a impressão 4D de diversos hidrogéis requer vários desafios a serem superados. Primeiro, o tempo de resposta para a atuação mutável de forma de hidrogéis impressos em 4D é bastante lento. É necessário um ajuste mais fino da composição do hidrogel integrado com materiais funcionais (por exemplo, nanopartículas, materiais de baixa dimensão, cristais líquidos e até mesmo DNAs biológicos) para melhorar o tempo de resposta. Além disso, a calibração de posicionamento da direção Z e o alinhamento das direções X-Y devem ser verificados duas vezes em cada etapa durante o processo de impressão dupla. Para obter um processo de impressão contínuo sem qualquer desalinhamento, os valores predefinidos nas direções X, Y e Z nos arquivos de código G devem ser verificados duas vezes e repetidos várias vezes até que as cabeças de impressão estejam perfeitamente alinhadas.
Do ponto de vista da aplicação, este artigo apresenta garras híbridas macias térmica e magneticamente responsivas que executam ativamente tarefas de pick-and-place. O processo sequencial de segurar e segurar com segurança um objeto é crítico na robótica suave. A pinça macia responsiva a estímulos mostrou a possibilidade de desenvolver um sistema manipulador inteligente que pode agarrar e liberar objetos precisamente de forma menos invasiva ou não invasiva de acordo com o processo on-off de estímulos externos32. Mais recentemente, para alcançar a locomoção automatizada de uma garra macia para tarefas precisas de pick-and-place, sistemas de campo magnético gradiente acoplado ao feedback de imagem de ultrassom foram desenvolvidos em paralelo33. Embora ainda no nível conceitual, esperamos que este protocolo específico para a impressão 4D de uma garra híbrida responsiva a estímulos suaves forneça uma base para novos avanços significativos no desenvolvimento de robôs macios sensíveis a estímulos inteligentes precisamente controláveis, altamente sensíveis e multifuncionais.
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Disclosures
Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Acknowledgments
Os autores agradecem o apoio da subvenção da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF) financiada pelo governo coreano (MSIT) (No.2022R1F1A1074266).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone | Sigma Aldrich | 410896-50G | Irgacure 2959, photoinitiator |
| 3D WOX 2X | sindoh | n/a | 3D printer for fabricating a maze |
| Acrylamide | Sigma-Aldrich | 29-007 | ≥99% |
| Airbrush compressor | WilTec | AF18-2 | |
| Ammonium persulfate | Sigma Aldrich | A4418 | |
| Auto CAD | Autodesk | n/a | software for computer-aided-design file |
| BLX UV crosslinker | BIO-LINK | U01-133-565 | |
| Cartridge | CELLINK | CSC010300102 | |
| Digital stirring Hot Plates | Corning | 6798-420D | |
| Fluorescein O-methacrylate | Sigma Aldrich | 568864 | dye of AAm gel |
| INKREDIBLE+ bioprinter | CELLINK | n/a | |
| Iron(III) Oxide red | DUKSAN general science | I0231 | |
| Laponite RD | BYK | n/a | nanoclay |
| Microcentrifuge tube | SPL | 60615 | |
| Micro stirrer bar | Cowie | 27-00360-08 | |
| N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine | Sigma Aldrich | T7024-100ML | |
| N, N'-methylenebisacrylamide | Sigma Aldrich | M7279 | ≥99.5% |
| N-isopropylacrylamide | Sigma-Aldrich | 415324-50G | |
| Poly(N-isopropylacrylamide) | Sigma-Aldrich | 535311 | |
| Rhodamine 6G | Sigma Aldrich | R4127 | dye of NIPAM gel |
| Slic3r software (v1.2.9) | Slic3r | n/a | open-source software to convert .stl file to gcode |
| Sodium hydroxide beads | Sigma Aldrich | S5881 | |
| Sterile high-precision conical bioprinting nozzles | CELLINK | NZ3270005001 | 22 G, 25 G |
| Syringe | Korea vaccine | K07415389 | 10 CC 21 G (1-1/4 INCH) |
| Vortex mixer | DAIHAN | DH.WVM00030 |
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