Teknik terobosan mempercepat pembuatan teknologi pintar hampir 600 kali
Engineering

Teknik terobosan mempercepat pembuatan teknologi pintar hampir 600 kali


Pembuatan struktur vaskularisasi menggunakan templat cetak 3D yang meniru jaringan vaskular daun. Kredit: Mayank Garg

Para peneliti telah mengembangkan teknik polimerisasi baru untuk secara bersamaan menyembuhkan dan mengvaskularisasi bahan berkinerja tinggi dalam hitungan menit, bukan berhari-hari, menurut sebuah makalah baru di Komunikasi Alam.

Teknik ini terinspirasi oleh sistem biologis seperti pembuluh darah manusia atau daun pada tanaman. Dengan membuat saluran mikro di dalam polimer dan komposit struktural, para ilmuwan dapat memberikan sifat multifungsi ke struktur inang—fungsi “pintar” seperti penyembuhan diri dan regulasi termal. Hanya sekarang, mereka bisa melakukannya hampir 600 kali lebih cepat dari sebelumnya.

Terobosan ini memperpendek siklus produksi, dari dua hari pemrosesan di bawah vakum pada suhu tinggi menjadi lima menit pada suhu kamar dan tekanan sekitar, tanpa sumber daya apa pun seperti oven atau pompa.

Asisten Profesor CSU Mostafa Yourdkhani adalah salah satu penulis makalah tersebut, bersama dengan beberapa peneliti dari Institut Beckman untuk Sains dan Teknologi Tingkat Lanjut. Sebelum bergabung dengan CSU, Yourdkhani adalah peneliti pascadoktoral di Institut Beckman.

Kimia dan teknik bertabrakan

Penemuan itu terjadi secara kebetulan.

Tim peneliti telah mengerjakan dua proyek terpisah untuk sistem material, menguji dua hipotesis terpisah. Satu proyek meneliti bagaimana membuat komposit dengan cepat, yang lain bagaimana mengubah bahan polimer menjadi volatil sebagai respons terhadap pemicu.

Saat tim mengamati perilaku sistem material, mereka mulai mempertimbangkan untuk mengintegrasikan kedua proyek menjadi satu. Bisakah mereka menggabungkan ide-ide untuk menciptakan pendekatan manufaktur baru?

Penciptaan simultan jaringan vaskular bioinspired dalam polimer dan komposit memungkinkan untuk transportasi cairan fungsional dalam struktur inang. Kredit: Mayank Garg

Jalan raya vaskular

Bayangkan pembuluh di tubuh Anda atau di tanaman. Mereka mengangkut cairan dari satu titik ke titik lain, melakukan tindakan seperti memberikan nutrisi, mengatur suhu, atau menyembuhkan luka.

Sekarang bayangkan struktur anorganik, seperti pesawat terbang, dengan kemampuan untuk meniru tindakan tersebut. Pesawat bisa mengatur suhunya atau menyembuhkan dirinya sendiri ketika ada kerusakan struktural. Prosesnya tidak mudah, tetapi mungkin.

Membuat bahan vaskular secara historis merupakan proses yang menantang. Di luar tuntutan waktu dan panas, operasi dua langkah ini melibatkan pengawetan bahan induk, kemudian menguapkan template korban untuk meninggalkan saluran kosong. Semakin rumit salurannya, semakin lama prosesnya.

“Masing-masing sistem material yang digunakan dalam ide ini unik dan mengganggu,” kata Yourdkhani. “Di satu sisi, kami memiliki resin yang menghasilkan panas untuk sintesis cepat alih-alih membutuhkan berjam-jam pemanasan eksternal. Di sisi lain, kami memiliki polimer padat yang berubah menjadi volatil saat dipanaskan alih-alih dicairkan.”

Yourdkhani mengatakan bahwa keindahan karya ini adalah melihat bagaimana kombinasi kedua bahan ini dapat menciptakan arsitektur internal di bagian struktural dengan cepat dan tanpa sumber daya yang mahal.

Penemuan polimerisasi frontal memecahkan tantangan ini. Panas yang dibuat secara internal membekukan inang saat mendekonstruksi template menjadi gas, meninggalkan jaringan vaskular. Menggabungkan dua langkah menjadi satu menghilangkan kebutuhan akan oven dan memberikan kontrol yang lebih besar kepada para insinyur dan ilmuwan untuk mengeksplorasi fungsi biologis tingkat lanjut dan sistem yang lebih kompleks.

Dorongan untuk teknologi pintar

Penemuan ini membuka masa depan baru untuk teknologi pintar yang efisien, yang berdampak pada sektor kedirgantaraan, angin, dan otomotif. Industri semacam itu semakin banyak menggunakan bahan komposit di bagian struktural karena kepadatannya yang rendah, sifat mekanik yang sangat baik, dan ketahanan terhadap korosi.

Namun, komposit rentan terhadap kerusakan internal yang tidak mudah dideteksi. Menggunakan struktur vaskularisasi memungkinkan untuk memberikan cairan yang bermanfaat ke situs yang rusak untuk penyembuhan. Fitur penyembuhan diri ini akan meningkatkan keandalan dan umur panjang komposit struktural.

“Sinergi kimia dan teknik dapat menghasilkan proses desain yang menarik dan revolusioner,” kata Yourdkhani. “Itu berhasil.”


Para ilmuwan menemukan cara yang lebih cepat untuk membuat bahan vaskular


Informasi lebih lanjut:
Mayank Garg et al, Fabrikasi tersinkronisasi cepat dari termoset dan komposit vaskularisasi, Komunikasi Alam (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-23054-7

Disediakan oleh Universitas Negeri Colorado

Kutipan: Teknik terobosan mempercepat manufaktur teknologi pintar hampir 600 kali (2021, 21 Juli) diambil 21 Juli 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-07-breakthrough-technique-smart-tech.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG