Los Estados Unidos Fundación Nacional de Ciencia (NSF) busca materiales que “revolucionar y diseñar nuestro futuro”.
Investigadores de la Universidad Estatal de Iowa y el Universidad de California, Santa Bárbara creen que pueden hacer justamente eso cambiando fundamentalmente Procesamiento de luz digital – un tipo de impresión 3D que los usuarios encienden en lugar de calentar para curar y endurecer rápidamente la resina líquida en capas de plástico, para permitir la impresión multimaterial.
Esta ilustración muestra una sola resina que produce dos materiales con diferentes propiedades durante la impresión 3D basada en luz. Ilustración de Adarsh Krishnamurthy.
«Queremos producir dos propiedades materiales con la misma resina», dijo Adarsh Krishnamurthy, profesor asociado de Ingeniería Mecánica y líder del proyecto en el estado de Iowa. «Esto es revolucionario en términos de materiales para impresión 3D».
Los investigadores utilizan su experiencia en química de materiales, ciencia computacional, aprendizaje automático y caracterización de materiales para encontrar resinas que, cuando se exponen a diferentes longitudes de onda de luz, se solidificarán con diferentes propiedades.
Entonces, con un solo material, las impresoras 3D de procesamiento digital de luz podrían crear productos rígidos y flexibles en algunos lugares.
Nuevos materiales para las necesidades nacionales.
El proyecto es uno de los 37 que NSF anunció en septiembre como parte de una inversión de cuatro años y 72,5 millones de dólares para “crear materiales novedosos para abordar grandes desafíos sociales y desarrollar la fuerza laboral científica y de ingeniería del mañana”. El esfuerzo es parte del programa federal de múltiples agencias. Iniciativa del genoma de materiales que se centra en hacer avanzar rápidamente la invención y el uso de materiales.
«Al integrar numerosas disciplinas de investigación en la NSF, así como asociaciones federales e industriales, este programa realmente revoluciona el diseño, descubrimiento y desarrollo de nuevos materiales para abordar las necesidades nacionales urgentes», dijo Sethuraman Panchanathan, director de la NSF.
El programa investigadores premiados del estado de Iowa 800.000 dólares para utilizar inteligencia artificial y algoritmos de aprendizaje automático para ayudar a desarrollar nuevas resinas que puedan imprimirse con diferentes propiedades. Krishnamurthy dijo que la experiencia del equipo del estado de Iowa con herramientas de aprendizaje automático ayudará a los investigadores a evaluar opciones e identificar rápidamente materiales potenciales.
El programa también investigadores premiados de la UCSB 1,1 millones de dólares por su participación en el proyecto. Dirigidos por Michael Chabinyc, profesor de materiales, los investigadores de la UCSB centrarán su trabajo en la química de polímeros.
(Consulte la barra lateral para obtener una lista completa de investigadores del estado de Iowa y de la UCSB).
Krishnamurthy dijo que los investigadores del estado de Iowa y de la UCSB se centrarán en la construcción de plataformas biomédicas especiales con superficies estructuradas de diferente rigidez que puedan promover y dirigir el crecimiento de cultivos celulares.
Actualmente, estos cultivos se cultivan sobre vidrio duro o un polímero de silicona blando.
“Pero el cuerpo no es así”, dijo Krishnamurthy. “El cuerpo tiene ambos: huesos duros y tejidos blandos. Las diferentes rigideces promueven un mejor crecimiento celular”.
Mejoras en el material informático
Además de imprimir y probar materiales reales, los investigadores desarrollarán un «gemelo digital» del sistema. Pueden usar esto para simular y predecir cómo responderán las diferentes resinas a un espectro de longitudes de onda de luz y exposiciones.
Las herramientas de aprendizaje automático también ahorrarán a los investigadores un tedioso y lento trabajo de laboratorio al recortar la lista de posibles resinas adecuadas para el estudio y el desarrollo.
Además, los investigadores utilizarán una técnica de aprendizaje automático llamada aprendizaje por refuerzo para garantizar que los avances en los experimentos o teorías conduzcan a avances generales en la impresión 3D de múltiples materiales basada en luz.
Toda esa ciencia computacional puede ayudar al equipo de Iowa State-UCSB a avanzar en el objetivo de la Iniciativa del Genoma de Materiales de «descubrir, fabricar e implementar materiales avanzados dos veces más rápido y a una fracción del costo en comparación con los métodos tradicionales».
Fuente: Universidad del Estado de Iowa
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