“Necroimprimarea” revoluționează tehnologia 3D: Duza creată din trompa unui țânțar

Inovația în inginerie nu cunoaște limite, iar cel mai recent domeniu, necrobotica, demonstrează acest lucru prin combinarea materialelor sintetice cu părți ale corpului animalelor. Un exemplu recent provine de la Universitatea McGill din Montreal, Canada, unde profesorul de inginerie mecanică Changhong Cao și echipa sa au adaptat trompa unui țânțar pentru a funcționa ca duză într-o imprimantă 3D de o precizie uluitoare.

Necrobotica a adus deja inovații precum micro-gripere cu picioare pneumatice prelevate de la păianjeni morți și roboți care se deplasează folosind corpuri de gândaci morți. Inspirată de aceste cercetări, echipa lui Cao a decis să exploreze alte utilizări ale componentelor animale. “Aceste studii în domeniul necroboticii ne-au inspirat să construim ceva diferit,” explică Cao.

În căutarea duzei perfecte pentru sistemul lor de imprimare 3D, cunoscut sub numele de necroimprimare, cercetătorii au examinat diverse instrumente naturale de micro-distribuire, inclusiv aculele albinelor, viespilor și scorpionilor, colții șerpilor veninoși și cleștii centipedelor. Toate acestea sunt evoluate pentru a livra fluide către o țintă, funcție similară cu cea a duzei unei imprimante 3D. Totuși, majoritatea prezentau probleme. “Unele erau prea curbate sau optimizate pentru a livra impulsuri de venin, nu un flux continuu, necesar pentru imprimare,” detaliază Cao.

Optimizarea fluxului continuu a fost o caracteristică întâlnită la trompele unor insecte, care folosesc aceste părți bucale tubulare pentru a extrage sângele prăzii. Acestea, au descoperit cercetătorii, sunt de obicei foarte subțiri și robuste, facilitând penetrarea pielii groase și sunt drepte, ceea ce ușurează alimentarea. Astfel, alegerea finală a duzei s-a redus la un concurs între muștele țețe, muștele de nisip, afide, ploșnițe, insecte asasin și țânțarii femele. Țânțarii au ieșit câștigători în competiție.

Trompa țânțarului femeie are un diametru intern de 20-30 microni, mult mai mic decât majoritatea aculelor sau colților, și o structură lungă și dreaptă, ceea ce facilitează alinierea ca duză. “Este de asemenea rigidă și rezistentă, ceea ce îi permite să reziste presiunilor de imprimare,” adaugă Cao. Singura provocare rămasă a fost construirea unei imprimante 3D în jurul acesteia.

Dispozitivul creat de Cao și colegii săi a fost numit “necroimprimanta”. Se bazează pe un sistem de poziționare precisă Aerotech, care mută capul imprimantei cu o rezoluție de 10 nanometri pe o platformă stabilă, izolată de vibrații. Mecanismul de extrudare este simplu: un sistem de scriere directă cu cerneală bazat pe seringă care împinge materialul de imprimare printr-un vârf de plastic mic.

“Pentru a integra trompa, am îndepărtat-o de la un țânțar deja eutanasiat sub microscop,” explică Cao. Apoi, trompa/duza a fost aliniată cu ieșirea vârfului de plastic. În final, trompa și vârful au fost legate cu o rășină curabilă cu UV.

Necroimprimanta a atins o rezoluție între 18 și 22 de microni, de două ori mai mică decât imprimantele care folosesc cele mai mici duze comerciale.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România