Программируемую материю создали с помощью 4D-печати
По аналогии с 3D-печатью, которая создает объемные модели, 4D-печать продуцирует предметы с дополнительным динамическим компонентом, своего рода дополнительным «измерением». Благодаря этому компоненту готовые объекты могут изменять структуру или форму под действием тепла, света, воды или других факторов.
Благодаря 3D-принтерам, которые используют для печати различные материалы, пользователь может изготовить объекты с необычными свойствами. Представьте себе, что в мебельном магазине продается не мебель, а плоские листы-заготовки, которые можно принести домой, полить водой из шланга, и с интересом понаблюдать, как они начинают медленно разворачиваться и превращаться в предметы мебели. Эти и многие другие удивительные предметы вскоре можно будет создать с помощью технологии 4D-печати, разрабатываемой учеными из Массачусетского технологического института.
Чтобы лучше понять принцип работы программируемой материи, представьте себе тонкую полоску дерева, намоченную с одной стороны водой. Из-за неоднородной структуры древесины намоченная полоска начинает деформироваться, причем характер деформаций определяется типом и величиной древесных волокон, расположением точек, через которые вода проникает внутрь дерева и т.п.
В лабораторных условиях можно получить искусственную 3D-печатную древесину с заранее заданной структурой, чередующимися слоями волокон разной толщины и областями с определенной зернистостью. Используя такую древесину, можно довольно точно предугадать ее деформацию и придать материалу необходимую форму, просто смачивая его в «правильных» местах.
Но древесина – это лишь одна сторона медали. Группа ученых из МТИ под руководством Скайлара Тиббитса (Skylar Tibbits) разработала ряд управляемых материалов, которые меняют свою форму под действием внешних факторов. Эти материалы, в свою очередь, породили удивительные предметы с уникальными свойствами. Чего только стоит бандана, которая превращается в ковбойскую шляпу, стоит только ее владельцу попасть под дождь. Здесь же, в МТИ, разработали и более диковинные материалы, к примеру, гибкое углеродистое волокно.
«При разработке материалов для 4D-печати мы сотрудничаем с компанией Carbitex, которая производит различные экзотические материалы. Совместными усилиями нам удалось разработать программируемое углеродистое волокно, которое может деформироваться, сворачиваться или закручиваться любым способом в ответ на различные внешние воздействия, – пишут представители Массачусетского технологического института. – Соединяя во время печати материалы с различными свойствами, мы можем добиться строго рассчитанной деформации готовых объектов в ответ на действие влаги, света или температуры. Такое программируемое волокно является идеальным сырьем для производства множества полезных изделий, к примеру, аэродинамических адаптивных форм кузовов автомобилей и фюзеляжей самолетов, которые могут подстраиваться под изменчивые условия окружающей среды. Раньше для применения таких технологий требовались сложные электромеханические системы, а в ряде случаев их использование было просто невозможным».
Чтобы напечатать на 4D-принтере предметы из программируемых материалов, не нужны дорогие электронные устройства, массивная и сложная механика, и это является огромным преимуществом программируемых материалов. Новой технологией уже заинтересовались представители аэрокосмической отрасли. Компания Airbus совместно со специалистами МТИ приступила к разработке регулятора воздухозаборника для реактивного двигателя из программируемого материала. Кроме того, один из европейских мебельных заводов намерен производить с помощью 4D-печати самособирающуюся мебель.
