Impressão 3D para o resgate: bombas de vácuo encolhendo para descobertas maiores

Por Adam Zewe, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, 3 de junho de 2023

Pesquisadores do MIT criaram uma maneira de imprimir em 3D uma bomba de vácuo peristáltica miniaturizada, que pode ser um componente-chave de um espectrômetro de massa portátil. Crédito: Cortesia dos pesquisadores

O dispositivo seria um componente chave de um espectrômetro de massa portátil que poderia ajudar a monitorar poluentes, realizar diagnósticos médicos em áreas remotas ou testar o solo marciano.

MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT researchers have used additive manufacturing to create a small, inexpensive vacuum pump that could lead to the development of portable mass spectrometers. The 3D printed mini peristaltic pump, designed with a hyperelastic material tube featuring notches, overcomes traditional design issues, reduces heat, and increases the device's lifespan. This could enable monitoring of pollutants or medical diagnoses in remote areas, and soil testing on MarsMars is the second smallest planet in our solar system and the fourth planet from the sun. It is a dusty, cold, desert world with a very thin atmosphere. Iron oxide is prevalent in Mars' surface resulting in its reddish color and its nickname "The Red Planet." Mars' name comes from the Roman god of war." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Marte.

Os espectrômetros de massa são analisadores químicos extremamente precisos que têm muitas aplicações, desde a avaliação da segurança da água potável até a detecção de toxinas no sangue de um paciente. Mas construir um espectrômetro de massa portátil e barato que possa ser implantado em locais remotos continua sendo um desafio, em parte devido à dificuldade de miniaturizar a bomba de vácuo necessária para operar a baixo custo.

Os pesquisadores do MIT utilizaram a manufatura aditiva para dar um passo importante na solução desse problema. Eles imprimiram em 3D uma versão em miniatura de um tipo de bomba de vácuo, conhecida como bomba peristáltica, que tem aproximadamente o tamanho de um punho humano.

Sua bomba pode criar e manter um vácuo que tem uma pressão de ordem de magnitude menor do que a chamada bomba áspera e seca, que não requer líquido para criar vácuo e pode operar à pressão atmosférica. O design exclusivo dos pesquisadores, que pode ser impresso em uma única passagem em uma impressora 3D multimaterial, evita o vazamento de fluido ou gás, minimizando o calor do atrito durante o processo de bombeamento. Isso aumenta a vida útil do dispositivo.

Este dispositivo, que tem apenas o tamanho de um punho humano, teve um desempenho melhor do que outros tipos de bombas na criação e manutenção do vácuo seco, o que é fundamental para permitir que um espectrômetro de massa determine efetivamente as moléculas em uma amostra. Crédito: Cortesia dos pesquisadores

Essa bomba poderia ser incorporada a um espectrômetro de massa portátil usado para monitorar a contaminação do solo em partes isoladas do mundo, por exemplo. O dispositivo também poderia ser ideal para uso em equipamentos de pesquisa geológica com destino a Marte, já que seria mais barato lançar a bomba leve ao espaço.

"Estamos falando de hardware muito barato que também é muito capaz", diz Luis Fernando Velásquez-García, cientista principal dos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas (MTL) do MIT e autor sênior de um artigo que descreve a nova bomba. "Com espectrômetros de massa, o gorila de 500 libras na sala sempre foi o problema das bombas. O que mostramos aqui é inovador, mas só é possível porque é impresso em 3D. Se quiséssemos fazer isso da maneira padrão , não estaríamos nem perto