材料科学：サブボクセル制御によるフィラメントの回転式多材料印刷

らせん構造は自然界の至る所で見られ、独特の機械的特性と多機能性をもたらす。これまで、こうした自然界のシステムを模倣する人工構造は、個々のフィラメントを巻いたりねじったり編んだりすることや、マイクロ流体工学、自己成形、印刷法によって作製されてきた。しかし、そうした作製方法では、任意の二次元（2D）モチーフや三次元（3D）モチーフでサブボクセル制御しながら、さまざまな材料から多材料のらせん構造フィラメントを同時に作製・パターン形成することはできない。この目標に向けて、設計されたフィラメントの多材料3D印刷と回転式3D印刷の両方が最近報告されたが、これら2つの機能の統合はまだ実現されていない。今回我々は、方位角的に不均一な設計フィラメントの局所的な向きのサブボクセル制御を可能にする、回転式多材料3D印刷（RM-3DP）プラットフォームを報告する。我々は、角速度と並進速度の比を制御しながら多材料ノズルを連続的に回転させることによって、所与の円柱状ボクセル内でらせん角、層の厚さ、複数材料間の界面面積をプログラム可能な、らせん状フィラメントを形成した。また、この統合的方法を用いて、誘電エラストマーマトリックスに埋め込まれた個別にアドレス可能な高忠実度導電性らせんチャネルを有する、らせん状誘電エラストマーアクチュエーターからなる、機能性人工筋肉を作製した。さらに、柔軟なマトリックス内に堅いばねを持つ、設計されたらせん状支柱からなる階層格子も作製した。今回の付加製造プラットフォームは、生物に着想を得たモチーフの多機能の設計物質の形成への新たな道を開く。

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