Ein Team aus Maschinenbauern und Materialwissenschaftlern hat eine Methode entwickelt, um die Textur poröser Oberflächen auf 3D-gedruckten Strukturen zu verbessern. In ihrer in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie beschreibt die Gruppe, wie sie Mikrometer-große Dreiecke und Bänder entwickelt haben, um ein Gitter zu schaffen, auf dem sie Oberflächenstrukturen aufbauen konnten.

In der Natur ermöglicht die Anordnung von Zellen die Schaffung einzigartiger, poröser Oberflächenstrukturen. Blätter, Blumen und menschliche Haut haben alle einen bemerkenswerten Grad an Oberflächen-Variabilität mit einzigartigen sichtbaren Merkmalen und spezifischen Eigenschaften, wie beispielsweise Wasser abweisend. Solche Merkmale mit einem 3D-Drucker zu reproduzieren, war bisher unmöglich.

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Das Forschungsteam ist nun ein Schritt näher an einer Nachahmung der Natur durch die Entwicklung einer neuen Methode zur Reproduktion solcher Strukturen in einer reproduzierbaren Weise. Die Forscher erstellten digitale Gitter aus winzigen Dreiecken und Bändern, um die Anordnung der Zellen nachzuahmen. Sie kamen zu diesen Formen mit Hilfe einer inversen Design-Methode (gekrümmte Träger-Verformungs-Theorie).

Sie entwickelten eine Anwendung, um gewünschte Formen mit digitalen Gittern zu generieren und brachten der Anwendung mithilfe eines maschinellen Lernalgorithmus bei, solche Formen zu erstellen. Das Endprodukt wurde dann an einen 2D-Drucker gesendet, der ein Muster auf eine Grundplatte druckte, die zu 3D-Formen gefaltet werden konnte.

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Das System ermöglichte die Herstellung einer Vielzahl von Strukturen mit hochporösen Oberflächen. Das Team demonstrierte ihr System, indem sie zunächst simple, texturierte Objekte wie Kugeln herstellten. Sie gingen dann dazu über, komplexere Objekte wie Paprika, Ameisen und Kraken zu erstellen. Sie bemerkten auch, dass die Objekte aus einer Vielzahl von Materialien wie Ein-Kristall-Silizium, Metallen, Chitosan und mit einem Laser geformtem Graphen hergestellt werden können.

Das Team schloss seine Arbeit ab, indem es eine Gerüstform in Form einer Kontaktlinse entwickelte, die mit Sensoren versehen war. Nach dem Druck nutzten sie die Struktur, um die elektrischen Eigenschaften von Neuronen im hinteren Bereich des Auges zu untersuchen.

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Diese Methode hat das Potenzial, die Herstellung von Gegenständen mit sehr spezieller Oberflächenstruktur zu erleichtern. Sie könnte beispielsweise für den Bau von Produkten in Bereichen wie Biomedizin, Elektromechanik oder Informationsverarbeitung eingesetzt werden.

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Von Jodi Picoult

Jodi Picoult ist eine am besten verkaufte Autorin, die sich mit komplexen moralischen und ethischen Fragen in ihren Romanen befasst. Ihre Bücher, wie "My Sister 's Keeper" und "Small Great Things", wurden für ihre thematischen Gedanken und emotionale Tiefe gelobt.

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