I disse dager ser 3D-utskrift ut til å være kjernen i de fleste nye forskningsprosjekter, enten det er å utvikle måter å trykke hele måltider på eller gjenskape ansiktsfunksjoner for å reparere pasientens ansikt.
Men Skylar Tibbits ønsker å øke ante: Han håper 4D-utskrift vil være tingen i den ikke så langt fremtiden.
Navnet på konseptet hans, innrømmer Tibbits, var i begynnelsen litt sprek. Ved Massachusetts Institute of Technology prøvde Tibbits og forskere fra firmaene Stratasys og Autodesk Inc å komme på en måte å beskrive objektene de skapte på 3D-skrivere - objekter som ikke bare kunne skrives ut, men takket være geometrisk kode, kunne også senere endre form og transformere på egen hånd.
Navnet satt fast, og nå kan prosessen de utviklet - som gjør kode til "smarte objekter" som kan selvmontere eller endre form når de blir konfrontert med en endring i miljøet - veldig godt dukke opp i en rekke bransjer, fra bygg til konstruksjon atletisk slitasje.
"Normalt skriver vi ut ting, og vi tror de er ferdige, " sier Tibbits. “At det endelige resultatet, og så setter vi dem sammen. Men vi ønsker at de skal kunne transformere og endre form over tid. Og vi vil at de skal samle seg. ”
Tibbits, forskningsforsker ved MIT, fikk i første omgang ledelsen til å finne det som er kjent som universitetets selvforsamlingslaboratorium. Utfordringen var å se hvordan smarte forskere kunne lage et objekt uten å stole på sensorer eller chips. hvor flytende de kunne lage noe uten ledninger eller motorer.
Som flaks hadde det, da Tibbits delte dette dilemmaet med bekjente på Stratasys, et ledende 3D-trykkeri, fortalte de ham at selskapet hadde utviklet et utskriftsmateriale som utvides med 150 prosent når det ble plassert i vann. Det hørtes lovende ut. Men det virkelige spørsmålet var hvordan man kunne bringe presisjon til den transformasjonen slik at et objekt kan utfolde seg, krølles og danne bestemte vinkler i stedet for bare å svulme opp som en oppblåst svamp.
Tibbits 'svar: Geometri.
Med en 3D-skriver kobler en operatør til en virtuell plan for et objekt, som skriveren bruker for å konstruere det endelige produktet lag for lag. For å lage noe "4D", mater imidlertid Tibbits skriveren en presis geometrisk kode basert på objektets egne vinkler og dimensjoner, men også målinger som dikterer hvordan den skal endre form når den blir konfrontert med ytre krefter som vann, bevegelse eller temperaturendring .
Kort fortalt angir koden retning, antall ganger og vinklene et materiale kan bøye og krølles på. Når det objektet blir konfrontert med en endring i miljøet, kan det stimuleres til å endre form. Rør, for eksempel, kan programmeres til å utvide eller krympe for å hjelpe med å flytte vann; murstein kunne skiftes for å imøtekomme mer eller mindre stress på en gitt vegg.
Tibbits demonstrerte konseptet med 4D-utskrift på en TED-foredrag i fjor, hvor han viste hvordan en enkelt tråd med trykt materiale kunne programmeres til å brette, på egen hånd, til ordet "MIT."
(Se en video av den demoen nedenfor)
Formene på ting som kommer
Pålydende er det et konsept som er veldig kult. Men når kan vi forvente å se slike transformasjoner ute i den virkelige verden?
I noen tilfeller skjer de allerede. Tibbits påpeker at i nanoteknologi har forskere vært i stand til å programmere fysiske og biologiske materialer for å endre former og egenskaper - for eksempel å bruke DNA til å montere nanoroboter.
Å innhente dette på en menneskelig skala, innrømmer han, er mye mer utfordrende, særlig i mer tradisjonelle bransjer, for eksempel bygg og anlegg. Men Tibbits sier at minst ett selskap er interessert i å se hvordan 4D-programmering kan brukes på infrastruktur. Det er potensiale, sier han, ved å bruke selvmonterende materialer i katastrofeområder eller ekstreme miljøer der konvensjonell konstruksjon ikke er mulig eller for dyr. For eksempel ser han en fremtid for det han kaller “adaptiv infrastruktur” i verdensrommet.
Tibbits sier at laboratoriet hans jobber tett med en rekke industripartnere om måter de kan integrere 4D-konseptet i sine virksomheter. Når det gjelder hvor vi kan se transformerende produkter i hyllene, ser Tibbits for seg innovasjon innen møbler eller sportsklær. Han tilbyr eksempel på joggesko som kan endre form og funksjon som svar på hvordan de brukes.
"Hvis jeg begynner å løpe, " sa han, "[joggeskoene] burde tilpasse seg å være joggesko. Hvis jeg spiller basketball, tilpasser de seg for å støtte anklene mine mer. Hvis jeg går på gress, bør de vokse kloss eller bli vanntett hvis det er regner. Det er ikke som skoen ville forstått at du spiller basketball, selvfølgelig, men den kan fortelle hva slags energi eller hvilken type krefter som blir brukt av foten din. Den kan forvandle seg basert på trykk. Eller det kan være fuktighet eller temperaturendring. “
Flerdimensjonal tenking
Her er noen nyere utvikling innen 3D- og 4D-utskrift:
- Hærmanøvrer: Den amerikanske hæren har gitt et tilskudd til Harvard University, University of Pittsburgh og University of Illinois for å utforske måter militæret kan bruke selvmonterende gjenstander og øke muligheten for tilfluktsrom eller broer som springer i form.
- Bare ikke fortell noen at sminken din kom rett fra skriveren: Harvard-studenten Grace Choi har laget en prototype for en 3D-skriver kalt "Mink" som er laget for å la brukere velge hvilken som helst tenkelig farge og deretter faktisk skrive ut sminke i den fargen.
- Alt i en dags arbeid: I Kina brukte et ingeniørselskap 3D-skrivere til å bygge 10 enetasjes hus på en dag. Skriverne, som var 33 fot brede og 22 fot høye, brukte en blanding av sement og byggeavfall for å bygge veggene lag for lag.
Og for mer om potensialet ved 4D-utskrift, sjekk ut denne videoen:
Denne artikkelen er oppdatert for å gjenspeile Stratys og Autodesk Inc sitt engasjement i 4D-utskriftsforskning.
