Hari-hari ini, percetakan 3D seolah-olah menjadi teras kebanyakan usaha penyelidikan baru baru, sama ada ia membangunkan cara-cara untuk mencetak keseluruhan makanan atau mencipta ciri-ciri wajah untuk membaiki muka pesakit.
Tetapi Skylar Tibbits mahu menawan ante: Dia berharap percetakan 4D akan menjadi perkara masa depan yang tidak begitu jauh.
Nama konsepnya, Tibbits mengakui, agak ringan pada mulanya. Di Institut Teknologi Massachusetts, Tibbits dan penyelidik dari firma Stratasys dan Autodesk Inc cuba menghasilkan cara menggambarkan objek yang mereka buat pada objek pencetak 3D yang bukan sahaja boleh dicetak, tetapi terima kasih kepada kod geometri, juga dapat mengubah bentuk dan mengubahnya sendiri.
Nama itu terperangkap, dan sekarang proses yang mereka usahakan-yang mengubah kod menjadi "objek pintar" yang dapat menyusun diri atau mengubah bentuk ketika berhadapan dengan perubahan dalam lingkungannya-dapat muncul dalam beberapa industri, dari konstruksi hingga memakai pakaian sukan.
"Biasanya, kami mencetak sesuatu dan kami fikir ia sudah selesai, " kata Tibbits. "Itu output akhir dan kemudian kami memasangnya. Tetapi kita mahu mereka dapat mengubah dan mengubah bentuk dari masa ke masa. Dan kami mahu mereka berkumpul. "
Tibbits, seorang saintis penyelidikan di MIT, telah diberikan tahun lepas untuk menubuhkan apa yang dikenali sebagai Makmal Perhimpunan Sendiri universiti. Cabarannya adalah untuk melihat bagaimana penyelidik pintar boleh membuat objek tanpa bergantung pada sensor atau cip; bagaimana cecair mereka boleh membuat sesuatu tanpa wayar atau motor.
Seperti nasib, Tibbits berkongsi dilema ini dengan kenalan di Stratasys, sebuah syarikat percetakan 3D terkemuka, mereka memberitahu bahawa syarikat itu telah membangunkan bahan percetakan yang mengembang sebanyak 150 peratus apabila diletakkan di dalam air. Ia terdengar menjanjikan. Tetapi soalan sebenar adalah bagaimana untuk membawa ketepatan untuk transformasi yang jadi objek yang boleh terungkap, curl dan membentuk sudut tertentu bukan hanya bengkak sehingga seperti span kembung.
Jawapan Tibbits: Geometri.
Dengan pencetak 3D, pengendali memancarkan dalam pelan induk maya untuk objek, yang digunakan oleh pencetak untuk membina lapisan produk akhir oleh lapisan. Untuk membuat sesuatu "4D, " walaupun, Tibbits memberi suapan pencetak kod geometri yang tepat berdasarkan sudut dan dimensi sendiri objek tetapi juga ukuran yang menentukan bagaimana ia harus berubah bentuk apabila dihadapkan dengan kuasa luar seperti air, pergerakan atau perubahan suhu .
Ringkasnya, kod menetapkan arahan, bilangan kali dan sudut di mana bahan boleh membengkok dan menggulung. Apabila objek itu berhadapan dengan perubahan alam sekitar, ia boleh dirangsang untuk mengubah bentuk. Contohnya, paip boleh diprogramkan untuk mengembangkan atau menyusut untuk membantu memindahkan air; batu bata boleh beralih untuk menampung tekanan yang lebih atau kurang pada dinding yang diberikan.
Tibbits menunjukkan konsep 4D percetakan di TED ceramah tahun lepas, di mana beliau menunjukkan bagaimana sehelai tunggal yang bercetak boleh diprogramkan untuk kali ganda, dengan sendiri, ke dalam perkataan "MIT."
(Lihat video demo itu di bawah)
Bentuk benda yang akan datang
Pada nilai muka, itu konsep yang sangat sejuk. Tetapi bilakah kita boleh mengharapkan untuk melihat transformasi seperti ini di dunia nyata?
Dalam beberapa kes, mereka sudah berlaku. Tibbits menunjukkan bahawa pada nanoteknologi, ahli-ahli sains telah dapat program bahan fizikal dan biologi untuk mengubah bentuk dan sifat-sifat-seperti menggunakan DNA untuk nanorobots sendiri memasang mereka.
Membuat ini berlaku pada skala manusia, dia mengakui, adalah lebih mencabar, terutamanya dalam industri yang lebih tradisional, seperti pembinaan. Tetapi Tibbits mengatakan sekurang-kurangnya satu syarikat berminat ialah melihat bagaimana pengaturcaraan 4D boleh digunakan untuk infrastruktur. Terdapat potensi, katanya, dalam menggunakan bahan memasang sendiri di kawasan bencana atau persekitaran yang melampau di mana pembinaan konvensional tidak dapat dilaksanakan atau terlalu mahal. Sebagai contoh, dia melihat masa depan untuk apa yang dia panggil "infrastruktur penyesuaian" di ruang angkasa.
Tibbits berkata makmalnya bekerja rapat dengan beberapa rakan industri mengenai cara mereka dapat menggabungkan konsep 4D ke dalam perniagaan mereka. Bagi mana kita mungkin melihat perubahan produk di rak, Tibbits membayangkan inovasi dalam perabot atau pakaian sukan. Dia menawarkan contoh kasut yang boleh mengubah bentuk dan berfungsi sebagai tindak balas kepada bagaimana ia digunakan.
"Sekiranya saya mula berlari, " katanya, "[kasut] perlu menyesuaikan diri dengan kasut larian, jika saya bermain bola keranjang, mereka menyesuaikan diri untuk menyokong buku lali saya. Ia bukan seperti kasut yang akan memahami bahawa anda sedang bermain bola keranjang, tentu saja, tetapi ia boleh memberitahu jenis tenaga apa jenis tenaga yang digunakan oleh kaki anda. kelembapan atau perubahan suhu. "
Pemikiran pelbagai dimensi
Berikut adalah beberapa perkembangan terkini dalam percetakan 3D dan 4D:
- Manuver tentera: Tentera AS telah memberikan geran kepada Harvard University, University of Pittsburgh dan University of Illinois untuk meneroka cara tentera dapat menggunakan objek pemasangan sendiri, menimbulkan kemungkinan tempat perlindungan atau jambatan yang menjadi musim bunga.
- Cuma jangan beritahu sesiapa solek anda datang dari pencetak: pelajar Harvard Grace Choi telah mencipta prototaip untuk pencetak 3D yang dipanggil "Mink" yang direka untuk membolehkan pengguna memilih mana-mana warna yang boleh dibayangkan dan kemudian sebenarnya mencetak solek dalam warna itu.
- Semua dalam satu hari kerja: Di China, sebuah syarikat kejuruteraan menggunakan pencetak 3D untuk membina 10 rumah satu tingkat dalam satu hari. Pencetak, yang lebar 33 kaki dan tinggi 22 kaki, menggunakan campuran simen dan sisa pembinaan untuk membina lapisan dinding dengan lapisan.
Dan untuk lebih banyak potensi tentang percetakan 4D, periksa video ini:
Artikel ini telah dikemaskinikan untuk menggambarkan penglibatan Stratys dan Autodesk Inc dalam penyelidikan percetakan 4D.
