Des ingénieurs développent une technologie de programmation pour transformer des matériaux 2D en formes 3D –

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  • Des chercheurs de l’Université du Texas à Arlington ont développé une technique qui programme les matériaux 2D pour les transformer en formes 3D complexes.

    Le but du travail est de créer des matériaux synthétiques qui peuvent imiter la façon dont les organismes vivants se dilatent et contractent les tissus mous et réalisent ainsi des mouvements et des fonctions 3D complexes. La programmation de feuilles minces ou de matériaux 2D pour se transformer en formes 3D peut permettre de nouvelles technologies pour la robotique douce, les systèmes déployables et la fabrication biomimétique, qui produit des produits synthétiques qui imitent les processus biologiques.

    Kyungsuk Yum, professeur agrégé au Département de science et génie des matériaux, et son équipe ont développé la technique de programmation de matériaux 2D pour le façonnage 3D. Il permet à l’équipe d’imprimer des matériaux 2D encodés avec une croissance ou une contraction dans le plan spatialement contrôlée qui peuvent se transformer en structures 3D programmées.

    Leur recherche, soutenue par un prix de développement de carrière de la National Science Foundation que Yum a reçu en 2019, a été publiée en janvier dans Communications de la nature.

    “Il existe une variété de matériaux 2D en forme 3D dans les systèmes biologiques, et ils jouent diverses fonctions”, a déclaré Yum. «Les organismes biologiques réalisent souvent des morphologies 3D complexes et des mouvements de tissus mous et minces en contrôlant spatialement leur expansion et leur contraction. Ces processus biologiques nous ont inspirés à développer une méthode qui programme des matériaux 2D avec une croissance dans le plan spatialement contrôlée pour produire des formes et des mouvements 3D. “

    Avec cette inspiration, les chercheurs ont développé une approche qui peut créer de manière unique des structures 3D avec des morphologies et des mouvements doublement incurvés, couramment observés dans les organismes vivants mais difficiles à reproduire avec des matériaux fabriqués par l’homme.

    Ils ont pu former des structures 3D en forme d’automobiles, de raies pastenagues et de visages humains. Pour concrétiser physiquement le concept de programmation de matériaux 2D, ils ont utilisé une méthode d’impression numérique à lumière 4D développée par Yum et partagée dans Nature Communications en 2018.

    «Notre processus d’impression 2D peut imprimer simultanément plusieurs matériaux 2D encodés avec des conceptions personnalisées individuellement et les transformer à la demande et en parallèle à des structures 3D programmées», a déclaré Amirali Nojoomi, ancien étudiant diplômé de Yum et premier auteur de l’article. “D’un point de vue technologique, notre approche est évolutive, personnalisable et déployable, et elle peut potentiellement compléter les méthodes d’impression 3D existantes.”

    Les chercheurs ont également introduit le concept d’aplatissement du cône, dans lequel ils programment des matériaux 2D en utilisant une surface de cône pour augmenter l’espace accessible des formes 3D. Pour résoudre un problème de sélection de forme, ils ont conçu des modules de guidage de forme dans la programmation de matériaux 2D qui orientent la direction du morphing de forme vers des formes 3D ciblées. Leur processus d’impression 2D flexible peut également permettre des structures 3D multimatériaux.

    «Les recherches innovantes du Dr Yum ont de nombreuses applications potentielles qui pourraient changer notre façon de voir les systèmes d’ingénierie logicielle», a déclaré Stathis Meletis, directeur du département de science et d’ingénierie des matériaux. “Son travail de pionnier est vraiment révolutionnaire.”

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université du Texas à Arlington. Original écrit par Jeremy Agor. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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