Кремень FMZ Реклама
Kremen FMHM Реклама

Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
03.06.2016
3639
0
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

3
В Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Technology, MIT) работают поистине блестящие умы. Не успеваешь оправиться от одной идеи, как ученые уже выдают следующую. На днях сотрудники Tangible Media Group из Медиалаборабории MIT рассказали, что вплотную занялись исследованием человеко-компьютерного взаимодействия.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Принтер xPrint был разработан командой Tangible Media Group в рамках отмеченного наградами проекта bioLogic, направленного на выращивание живых клеток и синтез «биокожи», способной реагировать на окружающую среду. Это устройство представляет собой модульный принтер для печати жидкостями. Удивительно, но исследователи собрали его из «магазинных» деталей, а все инструменты для CAD-дизайна и генерации G-code были разработаны в Rhino и Grasshopper. Благодаря модульной конструкции печатающей головки он аккуратно и точно (10 микрон на 5 мм) наносит разнообразные синтезированные полимеры и живые клетки микроорганизмов на двухмерную поверхность, чем сильно напоминает старый добрый плоттер.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Результаты исследования отражены в отчете «xPrint: модульный принтер для печати умными жидкостями», в роли авторов выступили Гуаньюнь Ванг, Лининг Яо, Вен Ванг, Джифей Оу, Чин-Йи Ченг и Хироши Ишии. Они хотели расширить человеко-компьютерное взаимодействие с помощью уникальной платформы для печати жидкостями, которую легко сделать и собрать благодаря модульной конструкции и которая подходит для:
  • Механического смешивания
  • Химических реакций
  • Активации светом
  • Выпаривания растворов



Помимо простого и функционального модульного дизайна xPrint еще может похвастаться бесплатным программным обеспечением, чрезвычайно простым в настройке и удобным в работе.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Исследователи уверены, что их принтер и материалы для него придутся по душе не только техническим специалистам и инженерам, но и художникам и модным дизайнерам. Используемые материалы принадлежат 4D-реальности и умеют принимать различные формы под воздействием условий окружающей среды. Жидкие материалы всегда представляли интерес для исследователей, но их выбор был чересчур ограничен. Тогда они решились на создание качественно новой платформы, которая будет совместима с жидкостями «абсолютно разной степени вязкости» и позволит продвинуться дальше в исследовании человеко-компьютерного взаимодействия. На данном этапе разработчики предложили испытать новую систему трем пользователям: дизайнеру, научному исследователю и художнику.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Своим возникновением система xPrint обязана совершаемым в данный момент открытиям в разных отраслях промышленности, связанных с биопечатью, токопроводящими материалами, новаторским аппаратным обеспечением для альтернативных расходных материалов и бесплатными модульными конструкциями. Учитывая все вышесказанное, новый 3D-принтер получился на редкость… универсальным.
«Все модульные компоненты обладают специальной механической структурой и магнитными узлами, что значительно упрощает сборку/демонтаж и настройку общей конструкции, – объясняют исследователи. – Для экономии места и удобства обслуживания друг к другу мы решили разместить все компоненты в верхней части корпуса принтера».
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Фактически устройство состоит из стандартной трехосевой платформы с ЧПУ, двух оснований для закрепления модульных компонентов и центральной системы управления. Также в конструкцию добавлены следующие компоненты:
  • Пипетка-дозатор: приводится в действие центральным контроллером, включается и отключается с помощью специально написанного G-code.
  • Два контейнера для раствора: один гравитационный без крышки, второй – закрытый, используется для жидкостей с высокой вязкостью.
  • Вентиляционный модуль: снабжен двухскоростными вентиляторами.
  • Приводная мешалка: препятствует образованию осадка.
  • Камера: для дистанционного наблюдения и съемки процесса работы.
  • Ультрафиолетовая лампа: для изготовления изделий из полимеров.
  • Пневматический распылитель: для покрытия поверхности.

«xPrint предназначен для работы с «умными» активными материалами, которые находятся в жидком состоянии и отвердевают вследствие каких-то химических реакций или физических трансформаций», – поясняют исследователи.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Для анализа было выбрано четыре материала:
  • Клетки натто, реагирующие на относительную влажность: соединив их с водным раствором, исследователи получили оригами-структуру, которая сгибается и разгибается в зависимости от относительной влажности окружающей среды.
  • Альгинат кальция, реагирующий на уровень pH: в сочетании с раствором кальция альгинат принимает форму геля.
  • Гидрогель, набухающий в воде: в соединении с УФ-отверждаемым гидрогелем объем этого материала может увеличиться на 42% при погружении в воду. Под воздействием УФ-излучения происходит высвобождение свободных радикалов, в результате чего этот предполимер затвердевает в считанные секунды.
  • Термохромная пленка: изменяет цвет под воздействием температуры. Исследователи высыпали «промышленный термохромный порошок в водный раствор». Потом они нанесли материал на поверхность с помощью пневматического распылителя.



Итак, для каждого из тестеров был проведен 1,5-часовой инструктаж, после чего им дали две недели на разработку совершенно новых проектов с применением xPrint.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Модный дизайнер Оксана выбрала клетки натто и сделала куртку, реагирующую на пот и влажность. Сначала у нее возникли кое-какие технические вопросы, но она быстро решила их, судя по тому, насколько успешным получился результат.
«Спустя две недели интенсивной работы она упомянула, что ее коллеги «занимаются скучными вещами». Она заявила, что миру моды как раз не достает таких умных материалов, умеющих реагировать на условия окружающей среды», – сообщает команда исследователей.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Ева работает в сфере биоинженерии и живо интересуется реакцией живых систем на воздействие разных материалов. Она решила напечатать капсулы из гидрогеля и изучить процесс доставки лекарственных препаратов к живым клеткам.
«Биосовместимый гидрогель обладает двумя функциями. Во-первых, он умеет доставлять к живым клеткам лекарство, которое нужно проверить на токсичность, – сообщают исследователи. – Во-вторых, его способность к разбуханию в воде может оказаться полезной в вопросе скорости высвобождения лекарственного препарата».
Ева хотела получить простой инструмент, который помог бы ей понять принцип доставки лекарства, а также рассчитать скорость его всасывания. Пытаясь придать гидрогелю форму таблетки, она немного запуталась в настройках, но спустя три часа разобралась, что к чему. Получив в итоге капсулы, реагирующие на воду, она с изумлением заявила, что на этой платформе очень просто работать, и что она даже не представляет, насколько полезным принтер xPrint может оказаться для научных лабораторий в конечном итоге.
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Исследователи MIT разработали xPrint, модульный принтер с открытым исходным кодом для печати умными биоматериалами
Последним был Самуэль, свободный художник, который прежде уже применял термохромные чернила в своих работах. Теперь его заинтересовала их способность менять цвет, и он решил написать «цифровую картину» с помощью пипетки-дозатора и вентиляционного модуля. Ему потребовалось два дня, чтобы научиться рисовать кривые и завершить проект.
«Он упомянул, что у него возникло чувство «единения» с машиной, – говорят исследователи. – Ему прежде не доводилось создавать подобные «цифровые и при этом осязаемые» картины. У него было ощущение, что он «копирует рисунок, созданный в Illustrator и напечатанный на струйном принтере», но это был увлекательный опыт. Когда он рассказывал о своих впечатлениях от xPrint, он положил картину на электроплитку и с гордостью продемонстрировал, как исчезают ее элементы под воздействием температуры».
Продолжая работу над новой технологией, исследователи уже выбрали для себя направления, в которых планируют двигаться дальше:
  • Тонкая настройка свойств материалов и управление модулями машины для печати.
  • Оптимизация оси управления и скорости перемещения ЧПУ.
  • Дальнейшее развитие технологии печати сразу несколькими материалами с применением специальной централизованной пипетки-дозатора.
  • Предоставление общего доступа к аппаратному и программному обеспечению.

По окончании исследования ученые пришли к выводу, что у этой системы большие перспективы, если расширить модульную конструкцию и ассортимент расходных материалов. В будущем они планируют выпустить ее в форме «пакета разработчика» для тех, кому нравится искать и разрабатывать «умные» материалы, умеющие изменять форму в 4D-формате.
Источник

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

3
Комментарии к статье