Αυτές τις μέρες, η τρισδιάστατη εκτύπωση φαίνεται να αποτελεί τον πυρήνα των περισσότερων νέων ερευνητικών εγχειρημάτων, είτε πρόκειται για τρόπους για την εκτύπωση ολόκληρων γευμάτων είτε για την αναδημιουργία χαρακτηριστικών του προσώπου για την επιδιόρθωση του προσώπου ενός ασθενούς.
Αλλά ο Skylar Tibbits θέλει να ανοίξει το ante: Ελπίζει ότι η εκτύπωση 4D θα είναι το θέμα του όχι τόσο μακρύ μέλλον.
Το όνομα για την ιδέα του, όπως παραδέχεται ο Tibbits, ήταν λίγο ξεκούραστο στην αρχή. Στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, οι Tibbits και ερευνητές από τις εταιρίες Stratasys και Autodesk Inc προσπαθούσαν να βρουν έναν τρόπο περιγραφής των αντικειμένων που δημιουργούσαν σε 3D εκτυπωτές αντικείμενα που όχι μόνο θα μπορούσαν να τυπωθούν αλλά χάρη στον γεωμετρικό κώδικα, θα μπορούσαν αργότερα να αλλάξουν σχήμα και να μεταμορφώσουν από μόνοι τους.
Το όνομα έμεινε κολλημένο και τώρα η διαδικασία που ανέπτυξε - η οποία μετατρέπει τον κώδικα σε "έξυπνα αντικείμενα" που μπορούν να αυτοσυναρμολογήσουν ή να αλλάξουν σχήμα όταν αντιμετωπίσουν μια αλλαγή στο περιβάλλον τους - θα μπορούσε να εμφανιστεί σε πολλές βιομηχανίες, αθλητική φθορά.
"Κανονικά, εκτυπώνουμε τα πράγματα και πιστεύουμε ότι έχουν γίνει", λέει ο Tibbits. "Αυτό το τελικό αποτέλεσμα και στη συνέχεια να τα συναρμολογήσουμε. Αλλά θέλουμε να είναι σε θέση να μετασχηματίζουν και να αλλάζουν σχήμα με την πάροδο του χρόνου. Και θέλουμε να συγκεντρωθούν. "
Ο Tibbits, ερευνητής στο MIT, έλαβε το πέρυσι πρεμιέρα για να καθιερώσει αυτό που είναι γνωστό ως Lab Self-Assembly του Πανεπιστημίου. Η πρόκληση ήταν να δούμε πώς οι έξυπνοι ερευνητές θα μπορούσαν να κάνουν ένα αντικείμενο χωρίς να βασίζονται σε αισθητήρες ή μάρκες. πόσο ρευστό θα μπορούσε να κάνει κάτι χωρίς καλώδια ή κινητήρες.
Όπως η τύχη θα είχε, όταν ο Tibbits μοιράστηκε αυτό το δίλημμα με τους γνωστούς στην Stratasys, μια κορυφαία επιχείρηση 3D εκτύπωσης, του είπαν ότι η εταιρεία είχε αναπτύξει ένα υλικό εκτύπωσης που επεκτείνεται κατά 150% όταν τοποθετείται στο νερό. Ακούστηκε πολλά υποσχόμενη. Αλλά το πραγματικό ερώτημα ήταν πώς να φέρουμε την ακρίβεια στον μετασχηματισμό, έτσι ώστε ένα αντικείμενο να μπορεί να ξεδιπλωθεί, να κυρτωθεί και να σχηματιστεί συγκεκριμένες γωνίες αντί να διογκωθεί σαν φουσκωμένο σφουγγάρι.
Απάντηση Tibbits: Γεωμετρία.
Με έναν εκτυπωτή 3D, ένας χειριστής συνδέεται σε ένα εικονικό σχέδιο για ένα αντικείμενο, το οποίο ο εκτυπωτής χρησιμοποιεί για να κατασκευάσει το τελικό στρώμα προϊόντος ανά στρώμα. Για να γίνει κάτι "4D", όμως, ο Tibbits τροφοδοτεί τον εκτυπωτή με έναν ακριβή γεωμετρικό κώδικα που βασίζεται στις γωνίες και τις διαστάσεις του αντικειμένου, αλλά και τις μετρήσεις που υπαγορεύουν τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να αλλάξει σχήμα όταν αντιμετωπίζει εξωτερικές δυνάμεις όπως νερό, κίνηση ή αλλαγή θερμοκρασίας .
Εν ολίγοις, ο κώδικας καθορίζει την κατεύθυνση, τον αριθμό των φορών και τις γωνίες στις οποίες ένα υλικό μπορεί να λυγίσει και να καμπυλωθεί. Όταν το αντικείμενο αντιμετωπίζει μια αλλαγή στο περιβάλλον, μπορεί να τονωθεί για να αλλάξει το σχήμα. Οι σωληνώσεις, για παράδειγμα, θα μπορούσαν να προγραμματιστούν για να επεκταθούν ή να συρρικνωθούν για να βοηθήσουν στην κίνηση του νερού. τα τούβλα θα μπορούσαν να μετατοπιστούν για να δέχονται περισσότερο ή λιγότερο άγχος σε ένα συγκεκριμένο τοίχο.
Ο Tibbits έδειξε την έννοια της εκτύπωσης 4D σε μια ομιλία του TED πέρυσι, κατά τη διάρκεια της οποίας έδειξε πώς ένα μόνο σκέλος έντυπου υλικού θα μπορούσε να προγραμματιστεί να διπλώνει μόνο του στη λέξη "MIT".
(Δείτε ένα βίντεο από αυτό το demo παρακάτω)
Οι μορφές των πραγμάτων που έρχονται
Στην ονομαστική αξία, είναι μια ιδέα που είναι πολύ δροσερή. Αλλά πότε μπορούμε να περιμένουμε να δούμε τέτοιους μετασχηματισμούς στον πραγματικό κόσμο;
Σε ορισμένες περιπτώσεις, συμβαίνουν ήδη. Ο Tibbits επισημαίνει ότι στη νανοτεχνολογία οι επιστήμονες έχουν τη δυνατότητα να προγραμματίσουν φυσικά και βιολογικά υλικά για να αλλάξουν τα σχήματα και τις ιδιότητές τους - όπως η χρήση του DNA για την αυτοσυναρμολόγηση των nanorobots.
Το να γίνει αυτό σε ανθρώπινη κλίμακα, ομολογεί, είναι πολύ πιο δύσκολο, ιδιαίτερα σε πιο παραδοσιακές βιομηχανίες, όπως η κατασκευή. Αλλά ο Tibbits λέει ότι τουλάχιστον μία εταιρεία ενδιαφέρεται να δει πώς μπορεί να εφαρμοστεί ο 4D προγραμματισμός στην υποδομή. Υπάρχει δυναμικό, λέει, στη χρήση αυτοσυνθετικών υλικών σε περιοχές καταστροφών ή σε ακραία περιβάλλοντα όπου η συμβατική κατασκευή δεν είναι εφικτή ή υπερβολικά δαπανηρή. Για παράδειγμα, βλέπει ένα μέλλον για αυτό που αποκαλεί "προσαρμοστική υποδομή" στο διάστημα.
Οι Tibbits λένε ότι το εργαστήριό του συνεργάζεται στενά με διάφορους συνεργάτες της βιομηχανίας για τους τρόπους με τους οποίους θα μπορούσαν να ενσωματώσουν την ιδέα 4D στις επιχειρήσεις τους. Όσο για το σημείο όπου μπορούμε να δούμε τη μετατροπή των προϊόντων στα ράφια, η Tibbits προβλέπει καινοτομία στα έπιπλα ή τα αθλητικά ρούχα. Προσφέρει το παράδειγμα των πάνινα παπούτσια που θα μπορούσαν να αλλάξουν σχήμα και να λειτουργήσουν ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούνται.
«Εάν ξεκινήσω να τρέχω», είπε, «τα αθλητικά παπούτσια θα πρέπει να προσαρμοστούν στο να τρέχουν παπούτσια.Αν παίζω μπάσκετ προσαρμόζονται για να στηρίξουν τους αστραγάλους μου περισσότερο .. Αν πάω στο γρασίδι, θα πρέπει να μεγαλώσουν ή να στεγνώσουν αν είναι δεν είναι σαν το παπούτσι να καταλάβει ότι παίζετε μπάσκετ, αλλά μπορεί να πει τι είδους ενέργεια ή τι είδους δυνάμεις εφαρμόζονται από το πόδι σας Θα μπορούσε να μεταμορφωθεί με βάση την πίεση Ή θα μπορούσε να είναι υγρασία ή αλλαγή θερμοκρασίας. "
Πολυδιάστατη σκέψη
Ακολουθούν μερικές άλλες πρόσφατες εξελίξεις στην εκτύπωση 3D και 4D:
- Στρατιωτικοί ελιγμοί: Ο Στρατός των ΗΠΑ έχει χορηγήσει επιχορήγηση στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ και στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις για να διερευνήσει τρόπους με τους οποίους ο στρατός θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτοσυναρμολογήσιμα αντικείμενα, αυξάνοντας την πιθανότητα να στεγαστούν ή να γεφυρωθούν οι πηγές.
- Απλά μην πείτε σε κανέναν ότι το μακιγιάζ σας ήρθε από τον εκτυπωτή: ο σπουδαστής του Harvard Grace Choi δημιούργησε ένα πρωτότυπο για ένα 3D εκτυπωτή που ονομάζεται "Mink", ο οποίος έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει στους χρήστες να επιλέξουν οποιοδήποτε χρώμα που μπορεί να φανταστεί και στην πραγματικότητα να εκτυπώσει μακιγιάζ σε εκείνη την απόχρωση.
- Όλα σε μια δουλειά μιας ημέρας: Στην Κίνα, μια εταιρεία μηχανικών χρησιμοποίησε 3D εκτυπωτές για να χτίσει 10 μονοόροφο σπίτια μέσα σε μια μέρα. Οι εκτυπωτές, οι οποίοι ήταν 33 μέτρα πλάτος και 22 πόδια ψηλά, χρησιμοποίησαν ένα μείγμα τσιμέντου και απορριμμάτων από κατασκευές για να χτίσουν το στρώμα των τοίχων από το στρώμα.
Και για περισσότερα σχετικά με τις δυνατότητες της εκτύπωσης 4D, δείτε αυτό το βίντεο:
Αυτό το άρθρο έχει ενημερωθεί ώστε να αντικατοπτρίζει τη συμμετοχή της Stratys και της Autodesk Inc στην έρευνα εκτύπωσης 4D.
