Method Article

Uyaranlara Duyarlı Hidrojel Tabanlı Yumuşak Robotların Dört Boyutlu Baskısı

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

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

Bu makale, akıllı uyaranlara duyarlı yumuşak robotlar üretmek için bir 4D baskı stratejisini açıklamaktadır. Bu yaklaşım, akıllı manipülatörler, elektronik ve sağlık sistemleri de dahil olmak üzere akıllı şekil dönüştürülebilir yumuşak robotik sistemlerin gerçekleştirilmesini kolaylaştırmak için zemin hazırlayabilir.

Abstract

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

Mevcut protokol, üç boyutlu (3D) bir biyo-baskı yöntemi kullanılarak dört boyutlu (4D), zamana bağlı, şekil değiştirebilen, uyaranlara duyarlı yumuşak robotların oluşturulmasını açıklamaktadır. Son zamanlarda, 4D baskı teknikleri, şekil dönüştürülebilir yumuşak robotlar geliştirmek için yenilikçi yeni yöntemler olarak kapsamlı bir şekilde önerilmiştir. Özellikle, 4D zamana bağlı şekil dönüşümü, yumuşak robotikte önemli bir faktördür, çünkü ısı, pH ve ışık gibi dış ipuçları tarafından tetiklendiğinde etkili işlevlerin doğru zamanda ve yerde gerçekleşmesine izin verir. Bu bakış açısı doğrultusunda, hidrojeller, polimerler ve hibritler de dahil olmak üzere uyaranlara duyarlı malzemeler, akıllı şekil dönüştürülebilir yumuşak robotik sistemleri gerçekleştirmek için basılabilir. Mevcut protokol, N-izopropilakrilamid (NIPAM) bazlı hidrojellerden oluşan, toplam boyutları milimetreden santimetreye kadar değişen termal olarak duyarlı yumuşak tutucular üretmek için kullanılabilir. Bu çalışmanın, akıllı manipülatörlerde (örneğin, tutucular, aktüatörler ve toplama ve yerleştirme makineleri), sağlık sistemlerinde (örneğin, ilaç kapsülleri, biyopsi araçları ve mikroameliyatlar) ve elektronikte (örneğin, giyilebilir sensörler ve akışkanlar) çeşitli uygulamalar için akıllı yumuşak robotik sistemlerin gerçekleştirilmesi için yeni yönler sağlaması beklenmektedir.

Introduction

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

Uyaranlara duyarlı yumuşak robotların geliştirilmesi hem teknik hem de entelektüel açıdan önemlidir. Uyaranlara duyarlı yumuşak robotlar terimi genellikle ısı, pH ve ışık 1,2,3,4 gibi dış ipuçlarına yanıt olarak şekil değişiklikleri sergileyen hidrojeller, polimerler, elastomerler veya melezlerden oluşan cihazları / sistemleri ifade eder. Birçok uyarana duyarlı yumuşak robot arasında, N-izopropilakrilamid (NIPAM) hidrojel bazlı yumuşak robotlar, kendiliğinden şekil dönüşümü 5,6,7,8 kullanarak istenen görevleri veya etkileşimleri gerçekleştirir. Genel olarak, NIPAM bazlı hidrojeller düşük bir kritik çözelti sıcaklığı (LCST) sergiler ve hidrojel sisteminde 32 ° C ile 36 ° C 9,10 arasındaki fizyolojik sıcaklıklara yakın şişme (LCST'nin altındaki hidrofilisite) ve şişme (LCST'nin üzerindeki hidrofobiklik) özellik değişiklikleri meydana gelir. LCST'nin keskin kritik geçiş noktasının yakınındaki bu geri dönüşümlü şişme-şişme giderme mekanizması, NIPAM bazlı hidrojel yumuşak robotların şekil dönüşümünü oluşturabilir2. Sonuç olarak, termal olarak duyarlı NIPAM tabanlı hidrojel yumuşak robotlar, çok işlevli manipülatörlerde, sağlık sistemlerinde ve akıllı sensörlerde önemli olan yürüme, kavrama, emekleme ve algılama gibi işlemleri geliştirmiştir 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20,21.

Uyaranlara duyarlı yumuşak robotların üretiminde, üç boyutlu (3D) baskı yaklaşımları, doğrudan katman katman katkı maddesi süreci22 kullanılarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Plastik ve yumuşak hidrojeller gibi çeşitli malzemeler 3D baskı23,24 ile basılabilir. Son zamanlarda, 4D baskı, şekil programlanabilir yumuşak robotlar25,26,27,28 oluşturmak için yenilikçi bir teknik olarak kapsamlı bir şekilde vurgulanmıştır. Bu 4D baskı, 3D baskıya dayanır ve 4D baskının temel özelliği, 3D yapıların zaman içinde şekillerini ve özelliklerini değiştirebilmesidir. 4D baskı ve uyaranlara duyarlı hidrojellerin kombinasyonu, ısı, pH, ışık ve manyetik ve elektrik alanlar gibi uygun dış uyaran tetikleyicilerine maruz kaldığında zaman içinde şekil değiştiren akıllı 3D cihazlar oluşturmak için başka bir yenilikçi yol sağlamıştır25,26,27,28 . Çeşitli uyaranlara duyarlı hidrojeller kullanan bu 4D baskı tekniğinin geliştirilmesi, gelişmiş tepki hızları ve geri bildirim hassasiyeti ile çok işlevli gösteren şekil dönüştürülebilir yumuşak robotların ortaya çıkması için bir fırsat sağlamıştır.

Bu çalışmada, şekil dönüşümünü ve hareketi gösteren 3D baskı tahrikli termal olarak duyarlı yumuşak tutucunun oluşturulması açıklanmaktadır. Özellikle, açıklanan özel prosedür, milimetreden santimetre uzunluk ölçeklerine kadar değişen genel boyutlara sahip çeşitli çok işlevli yumuşak robotlar üretmek için kullanılabilir. Son olarak, bu protokolün yumuşak robotlar (örneğin, akıllı aktüatörler ve hareket robotları), esnek elektronikler (örneğin, optoelektrik sensörler ve çip üzerinde laboratuvar) ve sağlık sistemleri (örneğin, ilaç dağıtım kapsülleri, biyopsi araçları ve cerrahi cihazlar) dahil olmak üzere çeşitli alanlarda uygulanabilmesi beklenmektedir.

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

Protocol

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

Uyaranlara duyarlı yumuşak tutucu üç farklı hidrojel türünden oluşuyordu: uyaranlara duyarlı olmayan akrilamid (AAm) bazlı hidrojel, termal olarak duyarlı N-izopropil akrilamid (NIPAM) bazlı hidrojel ve manyetik duyarlı ferrogel (Şekil 1). Üç hidrojel mürekkep, daha önce yayınlanan yöntemler 29,30,31 değiştirilerek hazırlandı. Bu çalışmada sunulan veriler sorumlu yazarın talebi üzerine temin edilebilir.

1. Hidrojel mürekkeplerin hazırlanması

  1. Uyaranlara yanıt vermeyen AAm bazlı hidrojel mürekkepler (Şekil 1A)
    1. Akrilamid (AAm), çapraz bağlayıcı N, N'-metilenebisakrilamid (BIS) ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve fotobaşlatıcı 2-Hidroksi-4'-(2-hidroksietoksi)-2-metilpropiofenonu ( bkz. Malzeme Tablosu) 24 saat boyunca manyetik bir karıştırıcı kullanarak damıtılmış (DI) suda seyreltin.
    2. Kesme inceltici ajanı, laponit RD nanokil ve floresein O-metakrilat boyasını (bakınız Malzeme Tablosu) 1.150 rpm'de tamamen seyreltene kadar en az 6 saat boyunca vorteksleyin.
    3. Toplam 20 mL çözelti tabanı başına AAm bazlı hidrojel mürekkebin özgül ağırlıklarını hazırlayın: 1.576 g AAm, 0.332 g BIS, 1.328 g laponit RD, 0.166 g fotobaşlatıcı, 0.1 mg NaOH, 0.1 mg floresein O-metakrilat (bkz.
    4. Tamamen seyreltmeden sonra, AAm bazlı hidrojel mürekkebi bir şırınga kullanarak boş bir 3D baskı kartuşuna aktarın ( bkz.
  2. Uyaranlara duyarlı NIPAM bazlı hidrojel mürekkepler (Şekil 1B)
    1. N-izopropil akrilamid (NIPAM), poli N-izopropil akrilamid (PNIPAM) ve fotobaşlatıcıyı (bkz. Malzeme Tablosu) 24 saat boyunca manyetik bir karıştırıcı kullanarak DI suda seyreltin.
    2. Vorteks, kesme inceltici ajan, laponit RD nanokil ve floresein rodamin 6G boyasını 1.150 rpm'de tamamen seyreltene kadar en az 6 saat boyunca denetleyin.
    3. Toplam 20 mL çözelti tabanı başına NIPAM bazlı hidrojel mürekkebin özgül ağırlıklarını hazırlayın: 1.692 g NIPAM, 0.02 g pNIPAM, 1.354 g laponit RD, 0.034 g fotobaşlatıcı, 0.1 mg rodamin 6G (bkz. Malzeme Tablosu) ve 16.92 g DI su.
    4. Tamamen seyreltmeden sonra, NIPAM bazlı hidrojel mürekkebi bir şırınga kullanarak boş bir 3D baskı kartuşuna aktarın.
  3. Ferrogel mürekkepleri (Şekil 1C)
    1. A-çözeltisini hazırlayın: DI suyunda akrilamid (AAm) ve çapraz bağlayıcı, N, N'-metilenebisakrilamid (BIS), ferrik oksit (Fe2O3) ve N, N, N', N'-tetrametiletiletilendiamin (TMEDA) (bkz.
    2. Malzemelerin özgül ağırlık yüzdesini (ağırlıkça) göz önünde bulundurun: 10 μL TMEDA hızlandırıcı ile1,2mL DI suyunda% 71 AAm,% 3,5 BIS ve% 25,5 Fe 2 O3 .
    3. B-çözeltisini hazırlayın: 10 mL DI suda 0.8 g amonyum persülfatı (APS, Malzeme Tablosuna bakınız) seyreltin.
    4. Polimerizasyon için, A-çözeltisinin 200 μL'sini ve B-çözeltisinin 5 μL'sini bir mikrosantrifüj tüpüne aktarın.
    5. 20 s için mikrosantrifüj tüpünü vorteks.

2. Yumuşak hibrit tutucu tasarımının optimizasyonu

NOT: Eliptik yumuşak hibrit tutucu, AAm bazlı bir hidrojel dış katman, bir NIPAM bazlı bir hidrojel iç katmanı ve bir ferrogel üst katmanından oluşur (Şekil 1D). Genel eliptik yumuşak hibrit tutucu, AutoCAD yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur (bkz.

  1. İki boyutlu AAm bazlı hidrojel katman tasarımı
    1. En dış kısımda 24 mm'lik dikey bir eksene ve 20 mm'lik yatay bir eksene sahip eliptik bir şekil çizin.
    2. Adım 2.1.1'de çizilen şekille aynı merkez noktasına sahip 20,8 mm'lik dikey eksenli ve 16,8 mm'lik yatay eksenli başka bir eliptik şekil çizin.
    3. Elipsin merkez noktasından (-8.24, 2), (0, 6) ve (8.24, 2) noktalardan geçen üç noktalı bir yay çizin.
    4. Tutulmanın küçük üst kısmını yay ile bölünerek kesin.
  2. İki boyutlu NIPAM bazlı hidrojel katman tasarımı
    1. Adım 2.1.1'de çizilen şekille aynı merkez noktasına sahip 20,2 mm'lik dikey eksenli ve 16,4 mm'lik yatay eksenli bir oval çizin.
    2. Adım 2.1.1'de çizilen şekille aynı merkez noktasına sahip 16,16 mm dikey eksenli ve 13,12 mm'lik yatay eksenli bir elips çizin.
    3. Elipsin merkez noktasından (-7.86, 1.83), (0, 5.6) ve (7.86, 1.83) noktalardan geçen üç noktalı bir yay çizin.
    4. Elipsin merkez noktasından (-5.47, 1.64), (0, 3.18) ve (5.47, 1.64) noktalardan geçen üç noktalı bir yay çizin.
    5. Elipslerin küçük üst kısmını yaylarla bölünerek kesin.
    6. Bir kaide yapmak için, merkez noktasından iki nokta uzakta (-4.75, -2.71) ve (4.75, -2.71) hem uç nokta olarak hem de merkez noktadan bir nokta uzakta (0, -4.59) bir nokta uzaklıkta bir yay çizin.
  3. İki boyutlu ferrogel katman tasarımı
    1. Elipsin merkez noktasından (-7, 4.92), (0, 9.2) ve (7, 4.92) noktalardan geçen üç noktalı bir yay çizin.
    2. Elipsin merkez noktasından (-7, 4.92), (0, 7.6) ve (7, 4.92) noktalardan geçen üç noktalı bir yay çizin.
  4. İki boyutlu tutucu ucu tasarımı
    1. Tutucunun kavrama kısmını yapmak için, elipsin altındaki merkez çizgisinden her iki taraftan 0,8 mm kesin.
  5. Üç boyutlu hibrit tutucu tasarımı
    1. Genel 2D hibrit tutucu tasarımını 3D'ye dönüştürmek için, duyarlı jelin kaidesini 0,8 mm ekstrüzyon yapın ve duyarlı olmayan jeli, duyarlı jelin kesilmiş ovalini, ferrogel'i 2,5 mm ekstrüzyon yapın.

3. Yumuşak hibrit tutucunun üç boyutlu baskısı

  1. Slic3r yazılımı kullanılarak adım 2'de oluşturulan her yapı için 0,4 mm katman yüksekliğine, 10 mm−1 baskı hızına ve %75 dolgu yoğunluğuna sahip bir G kodu 30 oluşturun (bkz. Çift yazıcı kafası kullanarak G kodu dosyasını düzenleyin.
  2. G kodu dosyasını güvenli bir dijital (SD) karta kaydedin ve yumuşak tutucunun yazdırma yollarını oluşturmak için 3B yazıcıya bağlayın (bkz.
  3. 3D yazıcıya bir hava pompası basınç kontrolü bağlayın.
  4. NIPAM bazlı hidrojel ve AAm bazlı hidrojel için sırasıyla 0,25 mm ve 0,41 mm çaplarına sahip nozul uçlarını seçin.
  5. AAm tabanlı hidrojel kartuşu nozul 1'e ve NIPAM tabanlı hidrojel kartuşu nozul 2'ye bağlayın.
  6. Kartuşların iki yazıcı kafasının z ekseninde aynı konumda olup olmadığını kontrol edin.
  7. İki nozul arasındaki yanlış hizalamaları önlemek için X ve Y koordinatlarını hassas bir şekilde kalibre edin.
  8. Baskı basıncını AAm bazlı hidrojel için 20-25 KPa'ya ve NIPAM bazlı hidrojel için 10-15 KPa'ya ayarlayın.
  9. Her örnek tamamen yazdırıldığında 3.5-3.8 arasındaki adımları yineleyin (Şekil 2A).

4. Yumuşak hibrit tutucunun UV fotokürlenmesi

  1. UV fotokürlemeden önce, manyetik alana duyarlı ferrogel mürekkeplerini (adım 1.3'te hazırlanan) bir şırınga kullanarak 3D baskılı yumuşak tutucunun hedeflenen ince delikli alanına enjekte edin.
  2. Ferrojelin enjeksiyonundan sonra, tutucu yapısını 6 dakika boyunca 365 nm dalga boyuna sahip bir UV kaynak odasına yerleştirin. UV ışığının yoğunluğunu 4,9 mJ/sn'de sabitleyin.
  3. UV fotokürlemeden sonra, tutucu yapısını tamamen şişmiş bir denge durumuna ulaşana kadar en az 24 saat boyunca bir DI su banyosuna aktarın (Şekil 2B-D).

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

Results

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

NIPAM bazlı hidrojel, keskin LCST'si nedeniyle termal olarak duyarlı yumuşak tutucuyu tasarlarken öncelikle dikkate alındı ve bu da önemli şişme-şişme giderme özellikleri sergilemesine neden oldu 9,10. Ek olarak, AAm bazlı hidrojel, çoklu ısıtma ve soğutma işlemleri sırasında arayüzün delaminasyonunu azaltırken, yumuşak hibrit tutucunun şekil dönüşümünü en üst düzeye çıkarmak için uyaranlara duyarlı olmayan bir sistem olarak kabul edildi. Buna ek olarak, ferrogel...

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

Discussion

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

Yumuşak hibrit tutucu için malzeme seçimi açısından, uyaranlara duyarlı olmayan AAm bazlı bir hidrojel, termal olarak duyarlı bir NIPAM bazlı hidrojel ve manyetik duyarlı bir ferrogelden oluşan çok duyarlı bir malzeme sistemi, ilk olarak yumuşak hibrit tutucunun programlanabilir hareket ve şekil dönüşümü sergilemesine izin vermek için hazırlanmıştır. Termal olarak duyarlı şişme-şişme giderme özellikleri nedeniyle, NIPAM bazlı hidrojeller, AAm bazlı hidrojeller gibi farklı şişme özelliklerine sahip hidrojellere sahip çift...

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

Disclosures

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

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Acknowledgements

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

Yazarlar, Kore hükümeti (MSIT) tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibesinin (No.2022R1F1A1074266) desteğini minnetle kabul etmektedir.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2-Hidroksi-4 '- (2-hidroksietoksi) -2-metilpropiyofenonSigma Aldrich410896-50GIrgacure 2959, foto başlatıcı
3D WOX 2Xsindohn/a3D yazıcı bir labirent imal etmek için
AkrilamidSigma-Aldrich29-007≥ %99
Airbrush kompresörüWilTecAF18-2
Amonyum persülfatSigma AldrichA4418
Auto CADAutodeskdestekli tasarım dosyası içinn/a
BLX UV çapraz bağlayıcıBIO-LINKU01-133-565
KartuşCELLINKCSC010300102
Dijital karıştırma Sıcak PlakalarCorning6798-420D
Floresein O-metakrilatSigma Aldrich568864AAm jel boyası
INKREDIBLE+ biyoyazıcıCELLINKyok
Demir(III) Oksit kırmızıDUKSAN genel bilimI0231
LaponitRD BYKn/ananokil
Mikrosantrifüj tüpüSPL60615
Mikro karıştırma çubuğuCowie27-00360-08
N, N, N', N'-tetrametiletilendiaminSigma AldrichT7024-100ML
N, N'-metilenbisakrilamidSigma AldrichM7279≥ % 99,5
N-izopropilakrilamidSigma-Aldrich415324-50G
Poli (N-izopropilakrilamid)Sigma-Aldrich535311
Rhodamine 6GSigma AldrichR4127NIPAM jel boyası
Slic3r yazılımı (v1.2.9)Slic3rn/a.stl dosyasını gcode'a dönüştürmek için açık kaynaklı yazılım
Sodyum hidroksit boncuklarıSigma AldrichS5881
Steril yüksek hassasiyetli konik biyobaskı nozullarıCELLINKNZ327000500122 G, 25 G
ŞırıngaKore aşısıK0741538910 CC 21 G (1-1 / 4 INCH)
Vorteks karıştırıcıDAIHANDH.
bilgisayar yazılımıWVM00030

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