A munka célja, hogy olyan szintetikus anyagokat hozzanak létre, amelyek le tudják utánozni az élő organizmusok terjeszkedését és a lágy szövetek közötti kapcsolatot, ezáltal komplex 3D-s mozdulatokat és funkciókat érhetnek el. A 2D-s anyagok 3D-s alakzatokká történő átalakítása olyan új technológiákat tesz lehetővé a finomhangolású robotika, a telepíthető rendszerek és a biometrikus gyártás számára, amely a biológiai folyamatokat utánozva szintetikus termékeket tud előállítani.
Kyungsuk Yum, az Anyagtudományi és Mérnöki Tanszék docense és csapata fejlesztette ki a 2D-s anyagprogramozási technikát a 3D-s átalakításhoz. A technika lehetővé teszi a csapat számára, hogy a térben vezérelt, síkbeli növekedéssel vagy összehúzódással kódolt 2D-s anyagokat 3D-s struktúrákká nyomtathassák ki.
A kutatásukat – amelyet a National Science Foundation által nyújtott Korai Karrierfejlesztési Díj támogatott, amit 2019-ben Yum elnyert – januárban tették közzé a Nature Communications-ben.
„A biológiai rendszerekben számos 3D alakú 2D-s anyag létezik, és ezek sokféle funkciót töltenek be.” – számolt be róla Yum. „A biológiai organizmusok gyakran elérik a komplex 3D-s morfológiákat és a lágy szövetek mozgását azáltal, hogy térben szabályozzák a kiterjedésüket és összehúzódásukat. Az ilyen biológiai folyamatok arra ösztönöztek minket, hogy olyan módszert dolgozzunk ki, amely a térben szabályozott, síkbeli növekedéssel rendelkező 2D-s anyagokat programozza 3D-s alakzatok és mozgások előállítására.
Ebből inspirálódva, a kutatók egy olyan megközelítést dolgoztak ki, amely egyedülálló módon létrehozhat kétszeresen ívelt morfológiával és mozdulatokkal rendelkező 3D-s szerkezeteket, amelyek gyakran láthatók az élő organizmusokban, de nehéz megismételni az ember által készített anyagokkal.