3D-printede hår:Professor udvikler bittesmå sensorer til at registrere flow og miljøændringer

Anvendelser, siger de, kunne omfatte minimalt-invasive kirurgiske robotter udstyret med cilia-mekanoreceptorer til bedre at detektere små ændringer i tryk eller temperatur, industrielle maskiner, der kan måle luft- eller vandflow, en robot, der kan læse punktskrift, eller debrisdetektion på en meget følsom kameralinse.

I tilfælde af at læse punktskrift blev cilia justeret i en børstelignende struktur og fastgjort til en robot, som blev trukket hen over en overflade med punktskriftspunkter på. Data indsamlet fra robotten kortlagde nøjagtigt formen af ​​punktskriftet.

"Phillip og Dr. Joungs teknologi er virkelig en platform, der kan bruges i en række industrier, lige fra proteser - tænk, at gøre en persons protetiske fingre eller tæer mere følsomme over for berøring - til fremstilling, der kræver dynamiske væsker," sagde Brent Fagg. senior licens manager hos VCU TechTransfer and Ventures. "Udfordringen er nu at finde de rigtige partnere i den tidlige fase til at udvikle en markedsklar applikation, og vi taler med en række grupper, der har interesse."

Måling af luft- og vandstrømningshastigheder er en kritisk mulighed, sagde Glass, som er en vigtig faktor på en lang række markeder fra fabrikker til hospitaler. "Så mange applikationer og industrier har brug for at kontrollere, måle og endda forudsige luft- eller vandhastigheden," sagde han.

Glass cilia-sensorer er dannet på en tilpasset 3D-printer ved hjælp af et materiale kaldet polycaprolacton (PCL) blandet med grafen (et stærkt ledende supernanomateriale) og et opløsningsmiddel, der tørrer ved kontakt med luft. 3D-print giver også Glass fleksibilitet til at udskrive cilia af forskellige størrelser "bare ved at ændre et par linjer kode."

"Et af de store salgsargumenter for vores teknologi er, at vi kan printe hår i forskellige størrelser, som kan mærke stimulus anderledes," sagde Glass. "Virkelig lange hår bøjes lettere end korte, så mens andre typer luftstrømssensorer kun kan registrere et enkelt flowområde, kan vi printe vores cilia i forskellige størrelser og mellemrum og gøre dem mere følsomme over for en lang række stimuli."

For Joung underbygger sensorerne vigtigheden af ​​fysik som et grundlæggende element i applikationer i den virkelige verden. "Fysikkens største styrke er, at det er grundlaget for enhver ny applikation, uanset om det er en biomedicinsk enhed eller ingeniørproces," sagde Joung. "Phillip har virkelig valgt en anderledes tilgang, idet han har brugt unikhed og kreativitet til at opfinde en ny idé med potentiale i den virkelige verden."

Flere oplysninger: Phillip Glass et al., 3D-Printed Artificial Cilia Arrays:Et alsidigt værktøj til tilpasselig Mechanosensing, Avanceret videnskab (2023). DOI:10.1002/advs.202303164

Journaloplysninger: Avanceret videnskab

Leveret af Virginia Commonwealth University