Un nuovo studio dimostra come l'innovazione della stampa 3D non si fermi mai. Una nuova tecnica permette di "nutrire" gli oggetti inanimati con materia vivente, rendendoli così più forti e flessibili. Un team di ricercatori dell'USC, del Caltech e del MIT ha scoperto un modo per infondere l'inchiostro della stampa 3D con materiale vivente, rendendo i prodotti più forti, più flessibili e in grado di auto-ripararsi.

Il lavoro, il cui autore principale è Qiming Wang dell'USC, è apparso il 19 gennaio sulla rivista PNAS .

Innovazione nella stampa 3D con cloroplasti prelevati dagli spinaci

L'ispirazione dei ricercatori è venuta in parte da Braccio di Ferro, "che può rafforzare i suoi muscoli mangiando spinaci", dice Wang. "Ora, stiamo usando l'innovazione scientifica per realizzare la nostra immaginazione infantile", ha detto.

Il team ha utilizzato una centrifuga per estrarre i cloroplasti dagli spinaci e li ha poi mescolati con un inchiostro polimerico di nuova invenzione per la stampa 3D. Infine, ha utilizzato questo inchiostro per stampare strutture in 3D.

Applicando la luce agli oggetti stampati in 3D, hanno creato un modo per generare glucosio di origine vegetale, che reagisce con il polimero per rendere il materiale più resistente.

Questa tecnica ricorda il modo in cui gli alberi sfruttano la potenza della fotosintesi per produrre glucosio che si trasforma in cellulosa, la quale rafforza la struttura cellulare della pianta.

Basta aggiungere la luce e premere stampa

L'applicazione di due-quattro ore di luce permette al materiale di auto-rinforzarsi. Alla fine del processo, è sei volte più forte di prima. Questo effetto di rafforzamento - indotto dai cloroplasti vivi - può anche essere temporaneamente sospeso, congelando il materiale. L'effetto riprende quando la temperatura torna a quella tipica dell'ambiente.

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Un tale "comportamento di sospensione" temporaneo non è mai stato dimostrato nei materiali ingegneristici esistenti", ha dichiarato Wang.

Il processo assomiglia anche al modo in cui gli alberi diventano più forti quando vengono sottoposti a pressione. Quando si appende un peso a un ramo di un albero, quel ramo diventa molto più forte dei rami vicini. Il nome di questo processo è "meccanotrasduzione" e lo stesso fenomeno si applica in questo caso.

La prossima innovazione della stampa 3D: una suola per scarpe da ginnastica personalizzabile

Il prossimo passo del team è quello di utilizzare questa tecnica per progettare una suola di scarpe da ginnastica stampata in 3D che si adatti al piede di una persona, con un livello di rigidità personalizzato.

Secondo i ricercatori, l'infusione di "materiale vivente" in questo modo conferisce ai prodotti un'eccellente qualità di auto-riparazione, grazie al glucosio prodotto dalla fotosintesi che crea un processo molecolare noto come "reticolazione", simile alle suture o ai punti di sutura utilizzati dai chirurghi. Questa capacità di auto-riparazione potrebbe un giorno funzionare anche su eliche, droni e altro ancora.

"Questo lavoro apre le porte alla progettazione di materiali ibridi sintetici-viventi", scrivono gli autori, "per applicazioni come i compositi intelligenti, le strutture leggere e la robotica morbida".

Il loro studio è solo un esempio di come gli scienziati stiano facendo un uso innovativo delle proprietà naturali della materia biologica. I ricercatori europei stanno utilizzando un materiale naturale presente nelle conchiglie per sanare le crepe negli edifici. Le proprietà di auto-guarigione insite in questa tecnica la rendono diversa da qualsiasi cosa sia stata possibile utilizzando materiali convenzionali.

La rivoluzione della stampa 3D continua a ritmo serrato

Come ampiamente profetizzato, le possibilità della stampa 3D continuano a crescere e stanno assumendo forme sempre più inaspettate. Mentre la risoluzione delle stampanti 3D migliora e la scelta dei materiali si espande, il processo diventa sempre più adorabile. Per esempio, una stampante 3D Anycubic può ora portare la rivoluzione della fabbricazione rapida in 3D a casa vostra per poche centinaia di dollari, un ordine dimolto più economici rispetto a pochi anni fa.

Il prezzo è importante, perché il futuro della stampa 3D sarà probabilmente plasmato da coloro che possono permetterselo. Un piccolo appartamento in una piccola città non è l'ambiente più adatto per lanciare una rivoluzione, eppure i makerspaces stanno spuntando nelle piccole città di tutto il mondo. E il modello di business della sharing economy incoraggia i makers a uscire dai loro silos e a collaborare. Così, dal laboratorio universitario alla periferia, i makers sono sempre più numerosi.Il basamento, sviluppi come quello qui descritto sono probabilmente solo un piccolo assaggio di ciò che verrà.

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Studio: Rimodellamento assistito dalla fotosintesi di strutture stampate tridimensionali

Autori: Kunhao Yu, Zhangzhengrong Feng, Haixu Du, An Xin, Kyung Hoon Lee, Ketian Li, Yipin Su, Qiming Wang, Nicholas X. Fang e Chiara Daraio

Pubblicato in: PNAS

Data di pubblicazione: 19 gennaio 2021

DOI: //doi.org/10.1073/pnas.2016524118

Foto: di Chokniti Khongchum da Pexels