Nanocompósito responsivo de celulose para impressão 4D de matéria robótica bioinspirada

• Processo: 22/10706-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2024
• Área de conhecimento: Interdisciplinar
• Pesquisador responsável: Silvia Lenyra Meirelles Campos Titotto
• Beneficiário: Beatriz Sakamoto Arsuffi
• Instituição Sede: Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/04970-6 - Materiais arquitetados programáveis baseados em nanocelulose e impressos em 3D/4D, BE.EP.MS
• Assunto(s): Atuadores Nanocelulose
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atuadores | Bioinspiração | Impressão 4D | matéria robótica | nanocelulose | Robótica Mole | Materiais Bioinspirados Responsivos

Resumo

Esta pesquisa interdisciplinar combina engenharia de materiais, design bioinspirado e manufatura aditiva para o desenvolvimento de compósitos programáveis e imprimíveis a base de nanocelulose, com potencial para mudar de forma em resposta a alterações de umidade e temperatura. Neste projeto, serão sintetizadas tintas de hidrogel termorresponsivo de rede dupla de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) e alginato de sódio, reforçado com nanocristais (CNC) e nanofibras (CNF) de celulose para a prototipagem, via impressão 3D/4D, de matéria robótica bioinspirada nos movimentos vegetais. A incorporação de CNC e CNF permite elevar a resistência mecânica e a rigidez de matrizes de hidrogel, e otimizar o controle das propriedades reológicas, além de possibilitar a modelagem de características mecânicas e estruturais, devido à natureza anisotrópica da nanocelulose, orientada pelo processo de impressão 3D. Este alinhamento da nanocelulose durante o processo de impressão por extrusão rege o direcionamento de intumescimento dos hidrogéis, permitindo o controle das mudanças de forma. Esta possibilidade de programar o comportamento das estruturas após o processo de impressão abre portas para aplicações na impressão 4D de atuadores e robôs moles autônomos. Até o presente, a maioria dos robôs moles é dependente de forças pneumáticas e elétricas, que limitam sua autonomia e aplicações. Neste sentido, este projeto visa contribuir com a inovadora área de matéria robótica, que engloba o uso de materiais responsivos e o design de estruturas adaptáveis, por meio do desenvolvimento de nanocompósitos com inteligência incorporada. Portanto, espera-se que os resultados obtidos ampliem os conhecimentos sobre o uso de tintas para impressão 3D por extrusão à base de nanocelulose como matéria robótica para uma nova geração de atuadores e robôs moles autônomos e sustentáveis.