Американские исследователи создали 3D-принтер, способный печатать на двигающейся поверхности, отслеживая ее перемещения с помощью компьютерного зрения. Разработчики продемонстрировали, как эта система может в автоматическом режиме создавать работающие электронные устройства прямо на коже человека, говорится в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials.

Инженеры, занимающиеся разработкой носимой электроники, предлагают множество самых разных концепций, в том числе и печать устройств непосредственно на теле пользователя. Но современные 3D-принтеры сложно применять для этой задачи сразу по нескольким причинам. Во-первых, многие материалы для 3D-печати сильно разогреваются и на выходе из принтера имеют слишком высокую температуру, способную повредить кожу. Во-вторых, лишь немногие из материалов для 3D-печати могут проводить электрический ток. Третья проблема заключается в самих 3D-принтерах — они рассчитаны на то, что поверхность для печати будет неподвижна на протяжении всего процесса, а в случае с человеческим телом, например, рукой, этого практически невозможно достичь.

Ученые под руководством Майкла Макальпайна (Michael McAlpine) смогли решить эти проблемы и создали работающий прототип системы, способной создавать простые электронные устройства на теле человека. Разработанная учеными система представляет собой модифицированный дельта 3D-принтер. Для того, чтобы принтер мог печатать на двигающейся поверхности, исследователи установили на него несколько камер — две закреплены на раме и отслеживают процесс печати в целом, а еще две установлены рядом с печатающей головкой и служат для точного отслеживания места печати. Помимо этого разработчики использовали 3D-сканер, который создает объемную модель объекта, на котором будет вестись печать. На этот объект предварительно закрепляют метки, помогающие сканеру и камерам точно отслеживать его положение.

Схема 3D-принтера. Zhijie Zhu et al. / Advanced Materials, 2018

Ученым пришлось также разработать и специальный материал для печати. Он состоит из полиэтиленгликоля, воды и этанола, а также частиц серебра размером около десяти микрометров. Концентрации были подобраны таким образом, чтобы смесь получается достаточно вязкой, чтобы не растекаться после выхода из сопла принтера, электропроводной, а также может использоваться без сильного нагрева.

Разработчики продемонстрировали работу принтера на примере простого светодиода с контуром, который может получать энергию индуктивным способом от внешнего источника. Сначала специальное сопло принтера с пониженным давлением размещает плату со светодиодом на руке человека. После этого вокруг платы размещают маркеры для сканера и камер и производится сканирование. Затем система в автоматическом режиме печатает проводящие дорожки прямо на руке, отслеживая ее движения и компенсируя положение печатающей головки. В конце ролика можно видеть, как светодиод загорается при поднесении катушки с током:

Помимо печати электроники исследователи продемонстрировали другое применение 3D-принтера. Им удалось нанести на рану мыши гидрогель с живыми клетками, части из которых удалось выжить после печати.

Ранее эта же группа исследователей разработала несколько новых материалов для 3D-печати и напечатали из них работающий датчик давления. Наработки из этого исследования авторы затем использовали в новой работе.

Автор: Григорий Копиев