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近日，由數(shù)學(xué)家Dan Raviv博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在12月18日出版的《Scientific Reports》雜志上發(fā)表了一篇名為《主動(dòng)性打印材料的復(fù)雜自我進(jìn)化變形（Active Printed Materials for Complex Self-Evolving Deformations）》的論文。這篇論文深入探討了4D打印，其中包括“一種新的設(shè)計(jì)，具有復(fù)雜的自我演變結(jié)構(gòu)......能夠隨著時(shí)間以及基于環(huán)境的相互作用不斷進(jìn)行變化。”
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明的新方法不僅能夠讓這種材料隨著時(shí)間改變結(jié)構(gòu)，而且能夠精確地讓其變形為預(yù)設(shè)的形狀，并在自動(dòng)構(gòu)造后改變屬性和功能。
值得一提的是，Raviv博士帶領(lǐng)的這支研究團(tuán)隊(duì)的成員是由來自麻省理工學(xué)院（MIT）、Stratasys公司和歐特克（Autodesk）公司的人員組成的。其成員包括Dan Raviv、Wei Zhao、Carri McKnelly、Athina Papadopoulou、Achuta Kadambi、Boxin Shi、Shai Hirsch、Daniel Dikovsky、Michael Zyracki、Carlos Olguin、Ramesh Raskar和Skylar Tibbits。Raviv博士是MIT媒體實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，他的工作主要是為媒體實(shí)驗(yàn)室的 Camera Culture Group提供用于幾何數(shù)據(jù)分析的新工具。
Dan Raviv博士
“最精彩的是未來將有眾多的應(yīng)用源于此項(xiàng)研究工作。這不僅僅是一個(gè)很酷的項(xiàng)目或一個(gè)有趣的解決方案，而是可以改變?cè)S多人生活的東西。”Raviv說。“它將在未來有非常廣泛的應(yīng)用。”
4D打印對(duì)象能夠響應(yīng)來自周圍環(huán)境中刺激——即自適應(yīng)增材制造——這可用于家用電器，使其對(duì)不同的溫度條件作出反應(yīng)，或者用在服裝外套上，使其能夠感測(cè)外部環(huán)境的溫度和濕度，并能保持穿著者溫暖或干燥，這種服裝對(duì)于沒有生活自理能力的嬰兒來說尤其有幫助。未來這類產(chǎn)品的出現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致人類生活質(zhì)量的大幅改善。
另外，您可能想象不到的是4D打印在人體內(nèi)部植入物方面也能發(fā)揮作用。“如今，研究人員正在打印可植入我們身體的生物相容性部件。”Raviv說。“我們現(xiàn)在可以生成能夠改變形狀和功能的結(jié)構(gòu)，而且無需外部干預(yù)。”這種部件可以適應(yīng)人體內(nèi)部環(huán)境的變化，并相應(yīng)的改變自己。“我們要4D打印的部件，如果有必要，可以在人體內(nèi)生存一輩子。”Raviv指出。
為了展示其研究成果，研究人員利用兩種不同的材料來制造出可展示各種屬性的3D打印結(jié)構(gòu)。據(jù)了解，其中包括一種吸水材料——這是Stratasys公司開發(fā)的一種特殊材料，到現(xiàn)在為止仍然保密——這種材料如果浸入水中，能夠膨脹至原有體積的兩倍，而在其它時(shí)候會(huì)仍然處于剛性狀態(tài)，因?yàn)樗怯靡环N硬塑料制成的。到目前為止，他們已經(jīng)用這種吸水性材料創(chuàng)建了一個(gè)15×15英寸的方格，這種方格可變化復(fù)雜的幾何形狀。
目前，這種試驗(yàn)材料能夠承受幾十次的干濕循環(huán)導(dǎo)致的形狀變化，不過之后會(huì)失去變形能力。此外，當(dāng)前的研究團(tuán)隊(duì)把水當(dāng)成了4D打印對(duì)象的主要刺激物，下一步他們將研究其它刺激源——如光和熱——與4D打印對(duì)象的相互作用。
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