Что происходит с мягкими материалами, когда гравитация исчезает? Для того чтобы ответить на этот вопрос, физики провели сложный эксперимент в области гидродинамики на суборбитальной ракете.
Исследовательская ракета MAPHEUS-16, имеющая высоту более 13 метров, подняла полезную нагрузку весом около 500 килограммов на высоту 267 километров, после чего вернулась обратно на Землю. Этот полет предоставил специалистам Амстердамского университета шесть минут невесомости — достаточно времени для проведения уникального эксперимента, невозможного в условиях Земли.
За эти шесть минут физики успели создать на 3D-принтере крупные капли мягкого материала, напоминающего чернила для биопечати. Биопечать представляет собой перспективную технологию, при которой смесь живых клеток и специальных материалов формируется в нужной конфигурации для создания тканей. Она открывает широкие возможности для регенеративной медицины, тканевой инженерии и косметологии.
Эксперимент получил название COLORS. С помощью специального оптического оборудования ученые изучали, где внутри напечатанного материала возникают механические напряжения — внутренние силы, возникающие в процессе растекания и слияния капель. Напряженные участки проявлялись на изображениях в виде ярких цветных зон. Понимание того, как и где возникают эти напряжения, критически важно: при затвердевании материала они могут фиксироваться внутри него, создавая слабые места, в которых напечатанный объект с наибольшей вероятностью может сломаться.
На поверхности Земли такой эксперимент провести невозможно. Сила тяжести слишком велика и скрывает слабые, но очень важные внутренние силы. «Временное устранение фактора гравитации в ходе суборбитального полета позволило нам непосредственно наблюдать напряжения внутри жидкости при сохранении остальных условий, важных для продвинутой 3D-печати и биопечати», — говорит руководитель исследовательской группы, доктор Ольфа Д’Анджело.
По ее словам, результаты эксперимента помогут разработать более надежные модели нанесения жидкостей и приблизиться к созданию полноценного «цифрового двойника» для аддитивного производства мягких материалов. «Это нужно для повышения надежности и воспроизводимости напечатанных объектов, включая такие требовательные области, как биопечать — как в космосе, так и на Земле», — добавляет Д’Анджело.
В настоящее время команда анализирует полученные данные и планирует опубликовать результаты в течение года. Следующим этапом станет дальнейшее развитие оптического метода для понимания влияния гравитации на обработку мягких материалов.
Фото: hi-tech.mail.ru
