Heutzutage scheint der 3D-Druck der Kern der meisten neuen Forschungsprojekte zu sein, sei es die Entwicklung von Methoden zum Drucken ganzer Mahlzeiten oder die Wiederherstellung von Gesichtsmerkmalen, um das Gesicht eines Patienten zu reparieren.
Aber Skylar Tibbits will noch einen drauflegen: Er hofft, dass der 4D-Druck das Ding der nicht allzu weit entfernten Zukunft sein wird.
Der Name für sein Konzept war, wie Tibbits zugibt, anfangs etwas unbeschwert. Am Massachusetts Institute of Technology versuchten Tibbits und Forscher der Firmen Stratasys und Autodesk Inc, die Objekte, die sie auf 3D-Druckern erstellten, zu beschreiben - Objekte, die nicht nur gedruckt werden konnten, sondern dank geometrischem Code könnten auch später ihre Form ändern und sich von selbst verwandeln.
Der Name ist geblieben, und jetzt könnte der von ihnen entwickelte Prozess - der Code in "intelligente Objekte" verwandelt, die sich selbst zusammensetzen oder ihre Form ändern können, wenn sie sich in ihrer Umgebung ändern - in einer Reihe von Branchen - vom Bau bis zum Bau - sehr gut auftauchen Sportkleidung.
"Normalerweise drucken wir Dinge und wir denken, dass sie fertig sind", sagt Tibbits. „Das ist die endgültige Ausgabe und dann montieren wir sie. Aber wir möchten, dass sie sich im Laufe der Zeit verändern und verwandeln können. Und wir möchten, dass sie sich versammeln. “
Tibbits, ein Forscher am MIT, erhielt letztes Jahr die Erlaubnis, das so genannte Self-Assembly Lab der Universität zu etablieren. Die Herausforderung bestand darin, herauszufinden, wie intelligente Forscher ein Objekt herstellen können, ohne sich auf Sensoren oder Chips zu verlassen. wie flüssig sie etwas ohne Drähte oder Motoren machen könnten.
Als Tibbits dieses Dilemma mit Bekannten von Stratasys, einem führenden 3D-Druckunternehmen, teilte, teilten sie ihm mit, dass das Unternehmen ein Druckmaterial entwickelt habe, das sich beim Eintauchen in Wasser um 150 Prozent ausdehne. Es klang vielversprechend. Die eigentliche Frage war jedoch, wie diese Transformation präzisiert werden kann, damit sich ein Objekt entfalten, krümmen und bestimmte Winkel bilden kann, anstatt nur wie ein aufgeblähter Schwamm aufzublähen.
Antwort von Tibbits: Geometrie.
Bei einem 3D-Drucker fügt ein Bediener einen virtuellen Entwurf für ein Objekt ein, mit dem der Drucker das Endprodukt Schicht für Schicht erstellt. Um etwas "4D" zu machen, füttert Tibbits den Drucker mit einem präzisen geometrischen Code, der auf den Winkeln und Abmessungen des Objekts basiert, aber auch mit Messungen, die vorschreiben, wie sich die Form ändern soll, wenn er äußeren Kräften wie Wasser, Bewegungen oder Temperaturänderungen ausgesetzt ist .
Kurz gesagt, der Code legt die Richtung, die Häufigkeit und die Winkel fest, in denen sich ein Material biegen und kräuseln kann. Wenn dieses Objekt mit einer Änderung der Umgebung konfrontiert wird, kann es dazu angeregt werden, seine Form zu ändern. Zum Beispiel könnten Rohre so programmiert sein, dass sie sich ausdehnen oder schrumpfen, um das Bewegen von Wasser zu unterstützen. Ziegel könnten sich verschieben, um mehr oder weniger Stress an einer bestimmten Wand aufzunehmen.
Tibbits demonstrierte das Konzept des 4D-Drucks letztes Jahr bei einem TED-Vortrag, bei dem er zeigte, wie ein einzelner Strang gedruckten Materials so programmiert werden kann, dass er sich von alleine in das Wort „MIT“ faltet.
(Sehen Sie ein Video dieser Demo unten)
Die Formen der kommenden Dinge
Auf den ersten Blick ist es ein Konzept, das sehr cool ist. Aber wann können wir erwarten, solche Transformationen in der realen Welt zu erleben?
In einigen Fällen passieren sie bereits. Tibbits weist darauf hin, dass Wissenschaftler in der Nanotechnologie in der Lage waren, physikalische und biologische Materialien zu programmieren, um ihre Formen und Eigenschaften zu ändern - beispielsweise mithilfe von DNA Nanoroboter selbst zusammenzusetzen.
Er räumt ein, dass es viel schwieriger ist, dies im menschlichen Maßstab zu erreichen, insbesondere in traditionelleren Branchen wie dem Baugewerbe. Laut Tibbits ist mindestens ein Unternehmen daran interessiert, wie die 4D-Programmierung auf die Infrastruktur angewendet werden kann. Es gebe ein Potenzial, selbst zusammensetzende Materialien in Katastrophengebieten oder extremen Umgebungen einzusetzen, in denen konventionelles Bauen nicht machbar oder zu teuer sei. Zum Beispiel sieht er eine Zukunft für das, was er als „adaptive Infrastruktur“ im Weltraum bezeichnet.
Tibbits zufolge arbeitet sein Labor eng mit einer Reihe von Industriepartnern zusammen, um Möglichkeiten zur Integration des 4D-Konzepts in ihre Unternehmen zu finden. In Bezug auf die Bereiche, in denen sich möglicherweise Produkte in den Regalen verändern, stellt sich Tibbits Innovationen bei Möbeln oder Sportbekleidung vor. Er führt das Beispiel von Turnschuhen an, deren Form und Funktion sich je nach Verwendung ändern können.
"Wenn ich anfange zu laufen", sagte er, "sollten sich [die Turnschuhe] an Laufschuhe anpassen. Wenn ich Basketball spiele, passen sie sich an, um meine Knöchel mehr zu stützen. Wenn ich auf Gras gehe, sollten sie Stollen wachsen oder wasserdicht werden, wenn es ist." Es ist natürlich nicht so, als würde der Schuh verstehen, dass Sie Basketball spielen, aber er kann sagen, welche Art von Energie oder welche Art von Kräften von Ihrem Fuß ausgeübt werden Feuchtigkeit oder Temperaturänderung. “
Mehrdimensionales Denken
Hier sind einige andere aktuelle Entwicklungen im 3D- und 4D-Druck:
- Armeemanöver: Die US-Armee hat der Harvard University, der University of Pittsburgh und der University of Illinois ein Stipendium gewährt, um zu untersuchen, wie das Militär selbst zusammensetzende Objekte einsetzen kann, um die Möglichkeit von Schutzräumen oder Brücken zu erhöhen, die sich in Form bringen.
- Erzählen Sie niemandem, dass Ihr Make-up direkt vom Drucker stammt: Die Harvard-Studentin Grace Choi hat einen Prototyp für einen 3D-Drucker namens "Mink" erstellt, mit dem Benutzer jede erdenkliche Farbe auswählen und das Make-up dann tatsächlich in diesem Farbton ausdrucken können.
- Alles an einem Tag: In China baute ein Ingenieurbüro mit 3D-Druckern zehn einstöckige Häuser an einem Tag. Die 33 Fuß breiten und 22 Fuß hohen Drucker verwendeten eine Mischung aus Zement und Bauschutt, um die Wände Schicht für Schicht aufzubauen.
Weitere Informationen zum Potenzial des 4D-Drucks finden Sie in diesem Video:
Dieser Artikel wurde aktualisiert, um die Beteiligung von Stratys und Autodesk Inc an der 4D-Druckforschung widerzuspiegeln.
