Obecnie druk 3D wydaje się być podstawą większości nowych przedsięwzięć badawczych, niezależnie od tego, czy opracowuje sposoby drukowania całych posiłków, czy odtwarza rysy twarzy w celu naprawy twarzy pacjenta.
Ale Skylar Tibbits chce podnieść stawkę: ma nadzieję, że drukowanie w 4D stanie się nieodległą przyszłością.
Nazwa jego koncepcji, jak przyznaje Tibbits, była początkowo nieco lekka. W Massachusetts Institute of Technology Tibbits i badacze z firm Stratasys i Autodesk Inc próbowali wymyślić sposób opisania obiektów, które tworzyli na drukarkach 3D - obiektów, które nie tylko można drukować, ale dzięki kodowi geometrycznemu, mogą także później samodzielnie zmienić kształt i transformację.
Nazwa utknęła w martwym punkcie, a teraz opracowany przez nich proces - który zamienia kod w „inteligentne obiekty”, które potrafią samoorganizować się lub zmieniać kształt w obliczu zmiany otoczenia - może bardzo dobrze pojawić się w wielu branżach, od budownictwa po Odzież sportowa.
„Zwykle drukujemy rzeczy i uważamy, że są skończone”, mówi Tibbits. „Że ostateczny wynik, a następnie je montujemy. Chcemy jednak, aby mogły z czasem zmieniać i zmieniać kształt. I chcemy, żeby się zgromadzili. ”
Tibbits, naukowiec z MIT, otrzymał w zeszłym roku zezwolenie na ustanowienie tak zwanego uniwersyteckiego laboratorium do samodzielnego montażu. Wyzwanie polegało na tym, by zobaczyć, jak inteligentni badacze mogą stworzyć obiekt bez polegania na czujnikach lub chipach; jak płynne mogą zrobić coś bez przewodów lub silników.
Na szczęście, gdy Tibbits podzielił ten dylemat ze znajomymi w wiodącej firmie drukarskiej 3D Stratasys, powiedzieli mu, że firma opracowała materiał drukarski, który rozszerza się o 150 procent po umieszczeniu w wodzie. Brzmiało obiecująco. Ale prawdziwe pytanie brzmiało, jak wprowadzić precyzję do tej transformacji, aby obiekt mógł się rozwijać, zwijać i formować określone kąty zamiast po prostu puchnąć jak nadęta gąbka.
Odpowiedź Tibbitsa: Geometria.
W przypadku drukarki 3D operator podłącza wirtualny plan obiektu, którego drukarka używa do konstruowania końcowego produktu warstwa po warstwie. Aby zrobić coś „4D”, Tibbits podaje drukarce dokładny kod geometryczny oparty na własnych kątach i wymiarach obiektu, ale także pomiary, które określają, w jaki sposób powinien on zmienić kształt w obliczu sił zewnętrznych, takich jak woda, ruch lub zmiana temperatury .
Krótko mówiąc, kod określa kierunek, liczbę razy i kąty, pod którymi materiał może się zginać i zwijać. Kiedy obiekt ten staje w obliczu zmiany otoczenia, można go stymulować do zmiany kształtu. Na przykład rury można zaprogramować tak, aby rozszerzały się lub kurczyły, aby pomóc w przemieszczaniu wody; cegły mogą się przesuwać, aby wytrzymać mniej lub więcej stresu na danej ścianie.
Tibbits zademonstrował koncepcję drukowania 4D podczas przemówienia TED w zeszłym roku, podczas którego pokazał, w jaki sposób można zaprogramować pojedyncze pasmo drukowanego materiału, aby samo składało się w słowo „MIT”.
(Zobacz wideo z tej demonstracji poniżej)
Kształty rzeczy, które nadejdą
Na pierwszy rzut oka jest to bardzo fajna koncepcja. Ale kiedy możemy spodziewać się tego rodzaju transformacji w prawdziwym świecie?
W niektórych przypadkach już się zdarzają. Tibbits wskazuje, że w nanotechnologii naukowcom udało się zaprogramować materiały fizyczne i biologiczne, aby zmienić ich kształty i właściwości - na przykład używając DNA do samodzielnego składania nanorobotów.
Przyznaje, że realizacja tego na skalę ludzką jest znacznie trudniejsza, szczególnie w bardziej tradycyjnych branżach, takich jak budownictwo. Ale Tibbits twierdzi, że przynajmniej jedna firma jest zainteresowana tym, jak programowanie 4D można zastosować do infrastruktury. Mówi, że istnieje potencjał w stosowaniu materiałów do samodzielnego montażu w obszarach katastrof lub ekstremalnych środowiskach, w których konwencjonalna konstrukcja nie jest wykonalna ani zbyt droga. Na przykład widzi przyszłość w przestrzeni, którą nazywa „infrastrukturą adaptacyjną”.
Tibbits powiedział, że jego laboratorium ściśle współpracuje z wieloma partnerami z branży nad sposobami włączenia koncepcji 4D do swoich firm. Co do miejsca, w którym możemy zobaczyć przekształcanie produktów na półkach, Tibbits przewiduje innowacje w meblach lub odzieży sportowej. Podaje przykład trampek, które mogą zmienić kształt i funkcje w zależności od sposobu ich użytkowania.
„Jeśli zacznę biec”, powiedział, „[tenisówki] powinny przystosować się do bycia butami do biegania. Jeśli gram w koszykówkę, dostosowują się one bardziej do kostek. Jeśli pójdę na trawę, powinny wyhodować korki lub stać się wodoodporne, jeśli jest oczywiście nie jest tak, że but zrozumiałby, że grasz w koszykówkę, ale może powiedzieć, jaką energię lub jakiego rodzaju siły przykłada Twoja stopa. Może przekształcić się pod wpływem nacisku. zmiana wilgotności lub temperatury. ”
Myślenie wielowymiarowe
Oto kilka innych najnowszych osiągnięć w druku 3D i 4D:
- Manewry wojskowe: armia amerykańska udzieliła dotacji Harvard University, University of Pittsburgh i University of Illinois w celu zbadania sposobów, w jakie wojsko może wykorzystywać samoorganizujące się obiekty, zwiększając możliwość schronienia się lub mostów, które nadają kształt.
- Po prostu nie mów nikomu, że twój makijaż wyszedł prosto z drukarki: Grace Choi, studentka Harvarda, stworzyła prototyp drukarki 3D o nazwie „Mink”, która ma na celu umożliwić użytkownikom wybór dowolnego koloru, jaki można sobie wyobrazić, a następnie wydrukować makijaż w tym odcieniu.
- Wszystko w ciągu dnia: w Chinach firma inżynierska wykorzystała drukarki 3D do budowy 10 jednopiętrowych domów w ciągu jednego dnia. Drukarki o szerokości 33 stóp i wysokości 22 stóp wykorzystywały mieszankę cementu i odpadów budowlanych do budowy ścian warstwa po warstwie.
Aby dowiedzieć się więcej o możliwościach drukowania 4D, obejrzyj ten film:
Ten artykuł został zaktualizowany, aby odzwierciedlić zaangażowanie Stratys i Autodesk Inc w badania nad drukiem 4D.
