В наши дни 3D печатът изглежда е в основата на повечето нови изследователски начинания, независимо дали разработва начини за отпечатване на цели ястия или пресъздаване на черти на лицето, за да се поправи лицето на пациента.
Но Skylar Tibbits иска да увеличи анте: Той се надява 4D печатът да е нещото в далечното бъдеще.
Името на концепцията му, признава Тибитс, беше малко лекомислено в началото. В Масачузетския технологичен институт, Tibbits и изследователи от фирмите Stratasys и Autodesk Inc се опитваха да измислят начин да опишат обектите, които създават на 3D принтери - обекти, които не само могат да бъдат отпечатани, но благодарение на геометричния код, по-късно могат също да променят формата си и да се трансформират самостоятелно.
Името остана и сега процесът, който те разработиха - който превръща код в „интелигентни обекти“, които могат да се сглобяват или променят формата си, когато се сблъскат с промяна в средата си - може много добре да изскочи в редица индустрии, от строителството до атлетично облекло.
„Обикновено отпечатваме неща и смятаме, че са готови“, казва Тибитс. „Това е крайният резултат и след това ние ги сглобяваме. Но ние искаме те да могат да трансформират и променят формата си с течение на времето. И ние искаме те да се съберат. "
Тиббит, изследовател в MIT, беше даден напредък през миналата година, за да установи това, което е известно като лаборатория за самосглобяване на университета. Предизвикателството беше да се види как умни изследователи могат да направят обект, без да разчитат на сензори или чипове; колко течно биха могли да направят нещо без проводници или мотори.
Тъй като късметът би имал, когато Tibbits сподели тази дилема с познати в Stratasys, водеща компания за 3D печат, те му казаха, че компанията е разработила печатни материали, които се разширяват със 150 процента, когато се поставят във вода. Звучеше обещаващо. Но истинският въпрос беше как да се придаде точност на тази трансформация, така че даден обект да може да се разгъне, извие и да образува специфични ъгли, а не просто да се надуе като раздута гъба.
Отговор на тибитите: Геометрия.
С 3D принтер операторът включва виртуален план за обект, който принтерът използва, за да конструира крайния продуктов слой по слой. За да направи нещо "4D", обаче, Tibbits подава на принтера точен геометричен код въз основа на собствените ъгли и размери на обекта, но и измервания, които диктуват как трябва да промени формата си, когато се сблъсква с външни сили като вода, движение или промяна на температурата,
Накратко, кодът определя посоката, броя пъти и ъглите, при които даден материал може да се огъва и извива. Когато този обект се сблъска с промяна в средата, той може да бъде стимулиран да промени формата си. Тръбите, например, могат да бъдат програмирани да се разширяват или свиват, за да помогнат на водата да се движи; тухлите могат да се преместят, за да поместят повече или по-малко стрес върху дадена стена.
Tibbits демонстрира концепцията за 4D печат по време на беседата на TED миналата година, по време на която той показа как един кичур от печатни материали може да бъде програмиран сам да се сгъва в думата „MIT“.
(Вижте видео от тази демонстрация по-долу)
Формите на предстоящите неща
По номинална стойност това е много готина концепция. Но кога можем да очакваме да видим подобни трансформации навън в реалния свят?
В някои случаи те вече се случват. Tibbits посочва, че в нанотехнологиите учените са успели да програмират физически и биологични материали, за да променят формата и свойствата си - като например използването на ДНК за самосглобяване на нанороботи.
Той признава, че това да се случи в човешки мащаб е много по-предизвикателно, особено в по-традиционните индустрии, като строителството. Но Tibbits казва, че поне една компания се интересува от това как да види как 4D програмирането може да се приложи към инфраструктурата. Според него има потенциал в използването на материали за самосглобяване в райони на бедствия или в екстремни среди, където конвенционалното строителство не е възможно или е твърде скъпо. Например той вижда бъдеще за това, което нарича „адаптивна инфраструктура“ в космоса.
Tibbits твърдят, че неговата лаборатория работи в тясно сътрудничество с редица индустриални партньори по начините, по които те могат да включат 4D концепцията в своя бизнес. Що се отнася до това къде можем да видим трансформиращи продукти по рафтовете, Tibbits предвижда иновации в мебелите или спортните дрехи. Той предлага примера на маратонки, които биха могли да променят формата и функциите си в отговор на начина, по който се използват.
"Ако започна да тичам", каза той, "[маратонките] трябва да се адаптират към обувките за бягане. Ако играя баскетбол, те се адаптират, за да поддържат глезените ми повече. Ако отида на трева, те трябва да станат чисти или да станат водоустойчиви, ако е не е като обувката би разбрала, че играеш баскетбол, разбира се, но може да каже каква енергия или какъв тип сили се прилагат от крака ти. Може да се трансформира въз основа на натиск. Или може да бъде влага или промяна на температурата. “
Многоизмерно мислене
Ето някои други скорошни разработки в 3D и 4D печат:
- Армейски маневри: Армията на САЩ даде грант на Харвардския университет, Университета в Питсбърг и Университета в Илинойс, за да проучи начините, по които военните биха могли да използват самосглобяващи се предмети, повишавайки възможността за подслон или мостове, които извират във форма.
- Просто не казвайте на никого, че гримът ви е дошъл веднага от принтера: студентът от Харвард Грейс Чой е създал прототип за 3D принтер, наречен "Mink", който е предназначен да позволи на потребителите да избират всеки цвят, който да си представят, а след това всъщност да разпечатат грима в този оттенък.
- Всичко в един ден работа: В Китай инженерна компания използва 3D принтери, за да построи 10 едноетажни къщи на ден. Принтерите, които бяха широки 33 и 22 фута, използваха смес от цимент и строителни отпадъци, за да изградят стените слой по слой.
И за повече информация относно потенциала на 4D печат, вижте това видео:
Тази статия е актуализирана, за да отразява участието на Stratys и Autodesk Inc в 4D печатните изследвания.
