Nykyään 3D-tulostus näyttää olevan useimpien uusien tutkimushankkeiden ytimessä, kehitetäänkö tapoja tulostaa kokonaisia aterioita tai luoda kasvohoitoja potilaan kasvojen korjaamiseksi.
Mutta Skylar Tibbits haluaa edetä: Hän toivoi, että 4D-tulostaminen on asia tähän mennessä.
Tibbits myöntää, että konseptinsa nimi oli aluksi hiukan heikko. Massachusettsin teknillisessä instituutissa Tibbits ja Stratasys ja Autodesk Inc -yritysten tutkijat yrittivät keksiä tavan kuvata 3D-tulostimilla luomiaan objekteja - esineitä, joita ei vain voitu tulostaa, mutta geometrisen koodin ansiosta, voivat myös myöhemmin muuttaa muotoaan ja muuttaa itseään.
Nimi pysyi kiinni, ja nyt heidän kehittämä prosessi, joka muuttaa koodin "älykkääiksi esineiksi", jotka voivat koota itsensä tai muuttaa muotoaan ympäristönsä muutoksen yhteydessä - voisi hyvinkin esiintyä monilla teollisuudenaloilla, rakennuksesta aina urheiluvaatteet.
"Yleensä tulostamme asioita ja ajattelemme niiden olevan valmis", Tibbits sanoo. ”Että lopullinen tulos ja sitten kootamme ne. Mutta me haluamme heidän pystyvän muuttamaan ja muuttamaan muotoaan ajan myötä. Ja me haluamme heidän kokoontuvan itseensä. ”
MIT: n tutkija Tibbits sai viime vuonna aloitteen perustaakseen niin kutsuttu yliopiston Self-Assembly Lab. Haasteena oli nähdä kuinka älykkäät tutkijat voisivat tehdä kohteen luottamatta antureihin tai siruihin; kuinka nesteellisiä he voisivat tehdä jotain ilman johtoja tai moottoreita.
Kun onnea olisi, kun Tibbits jakoi tämän ongelman tuttavien kanssa johtavassa 3D-painatusyrityksessä Stratasysissa, he kertoivat hänelle, että yritys oli kehittänyt painomateriaalin, joka laajenee 150 prosentilla veteen asetettaessa. Se kuulosti lupaavalta. Mutta todellinen kysymys oli, kuinka tuo tarkkuus siihen muutokseen, jotta esine voi paljastua, käpristyä ja muodostaa tiettyjä kulmia sen sijaan, että vain turvota kuin paisunut sieni.
Tibbitsin vastaus: Geometria.
3D-tulostimella operaattori kytkee objektin virtuaalisen suunnitelman, jonka avulla tulostin rakentaa lopputuotteen kerros kerrokselta. Jotakin "4D" -tehtävää varten Tibbits syöttää tulostimelle kuitenkin tarkan geometrisen koodin, joka perustuu esineen omiin kulmiin ja mittoihin, mutta myös mittauksiin, jotka määräävät, kuinka sen tulisi muuttaa muotoa kohdatessaan ulkoisia voimia, kuten vettä, liikettä tai lämpötilan muutosta .
Lyhyesti sanottuna, koodi asettaa suunnan, kuinka monta kertaa ja kulmat materiaalia voi taipua ja käpristyä. Kun esine kohtaa muutoksen ympäristössä, sitä voidaan stimuloida muuttamaan muotoa. Esimerkiksi putket voidaan ohjelmoida laajenemaan tai kutistumaan veden liikkumisen helpottamiseksi; tiilet voivat siirtyä sopeutumaan enemmän tai vähemmän stressiä tietylle seinälle.
Tibbits esitteli 4D-tulostamisen käsitettä TED-puheessa viime vuonna, jonka aikana hän osoitti, kuinka yksi painettu materiaali voidaan ohjelmoida taitettaviksi yksinään sanaan “MIT”.
(Katso alla oleva demovideo)
Tulevien asioiden muodot
Nimellisarvoisesti se on konsepti, joka on erittäin siisti. Mutta milloin voimme odottaa näkevänsä tällaisia muutoksia todellisessa maailmassa?
Joissain tapauksissa niitä tapahtuu jo. Tibbits huomauttaa, että nanoteknologiassa tutkijat ovat kyenneet ohjelmoimaan fysikaalisia ja biologisia materiaaleja niiden muotojen ja ominaisuuksien muuttamiseksi - esimerkiksi käyttämään DNA: ta nanorobotien itsensä kokoamiseen.
Hän myöntää, että tämän tapahtuminen inhimillisessä mittakaavassa on paljon haastavampaa, etenkin perinteisemmillä aloilla, kuten rakentaminen. Mutta Tibbits sanoo, että ainakin yksi yritys on kiinnostunut näkemään kuinka 4D-ohjelmointia voidaan soveltaa infrastruktuuriin. Hän sanoo, että hänellä on potentiaalia käyttää itse koottuja materiaaleja katastrofialueilla tai äärimmäisissä ympäristöissä, joissa perinteinen rakentaminen ei ole mahdollista tai liian kallista. Esimerkiksi hän näkee tulevaisuuden sille, mitä hän kutsuu ”mukautuvaksi infrastruktuuriksi” avaruudessa.
Tibbits sanoo, että hänen laboratorionsa tekee tiivistä yhteistyötä useiden teollisuuskumppaneiden kanssa tapaa, jolla he voisivat sisällyttää 4D-konseptin liiketoimintaansa. Tibbits suunnittelee innovaatioita huonekaluissa tai urheiluvaatteissa siltä osin kuin saatamme nähdä muuttuvia tuotteita hyllyillä. Hän tarjoaa esimerkkejä lenkkarista, jotka voivat muuttaa muotoa ja toimintaa vastauksena niiden käyttämiseen.
"Jos aloitan juoksemisen", hän sanoi, "[lenkkarien] tulisi sopeutua juoksukenkiin. Jos pelaan koripalloa, ne mukautuvat tukemaan enemmän nilkkoni. Jos menen ruohoon, heidän tulisi kasvattaa kiinnittimiä tai tulla vesitiivisiksi, jos se on Ei ole kuin kenkä ymmärtäisi, että pelaat tietenkin koripalloa, mutta se voi kertoa, millaista energiaa tai minkälaisia voimia jalkasi käyttää. Se voi muuttua paineen perusteella. Tai se voi olla kosteuden tai lämpötilan muutos. ”
Moniulotteinen ajattelu
Tässä on joitain muita 3D- ja 4D-tulostuksen viimeaikaisia kehityksiä:
- Armeijan liikkeitä: Yhdysvaltain armeija on myöntänyt apua Harvardin yliopistolle, Pittsburghin yliopistolle ja Illinoisin yliopistolle tutkimaan tapoja, joilla armeija voisi käyttää itse koottuja esineitä, nostaen mahdollisuutta suojaan tai siltaan, jotka alkavat muotoon.
- Älä vain sano kenellekään, että meikkisi tuli heti tulostimesta: Harvardin opiskelija Grace Choi on luonut 3D-tulostimen prototyypin nimeltä "Mink", jonka avulla käyttäjät voivat valita minkä tahansa värin kuviteltavissa ja tulostaa sitten meikin kyseisellä värisävyllä.
- Kaikki päivän työssä: Kiinassa suunnitteluyritys käytti 3D-tulostimia rakentaakseen 10 yksikerroksista taloa päivässä. Tulostimet, jotka olivat 33 jalkaa leveät ja 22 jalkaa korkeat, käyttivät sementin ja rakennusjätteiden seosta rakentaakseen seinät kerros kerroksittain.
Ja katso lisätietoja 4D-tulostamisen mahdollisuuksista tästä videosta:
Tämä artikkeli on päivitetty heijastamaan Stratysin ja Autodesk Inc: n osallistumista 4D-tulostustutkimukseen.
