自己组装自己?4D打印可以

2013-05-06 07:57:38  来源:北京晨报

  随着科技的发展,3D打印让人们可以轻松完成对于想象中物体的制作。比如说,你可以利用3D打印机“打”出一个飞机模型。但你听说过4D打印吗?和3D相比,这种更高级的技术除了有“长宽高”这些立体的三维结构,还增加了一个所谓的“时间线”。一旦它进入现实生活,很多科幻电影里才有的场面就会出现在你的面前。

  如果椅子能够自我变形

  思凯勒·蒂比茨是麻省理工自动化实验室的创始人,今年2月他在加利福尼亚长滩岛举行的TED会议上公布了他们所研发的4D打印技术。消息一出,整个业界为之沸腾,连带着相关高科技材料的股票也出现暴涨。

  什么是4D打印?听起来它只是比3D打印多了一个数字,但实际上却是完全不同的概念。“3D打印要预先建模、扫描,然后用相应的材料按照之前的计划完全复制。”蒂比茨说,“4D打印则是直接将想要的性状输入材料当中,然后物体会‘自动’出现,不需要任何复杂的机电设备。”

  这听起来很玄妙,事实上做起来也是如此。非物理学、材料学以及计算机学专业的人会晕头转向,但如果换一种方式解释呢?工程软件开发商“欧特克”(Autodesk)一直以来都在研究4D打印技术,他们的首席研究科学家卡罗·奥古因打了个比方:“想象一下你从宜家买回来一张椅子,将它放在房间,然后它会自动组装,这就是4D打印。”

  灵感来自生物自我复制

  麻省理工的自动化实验室一直都对生物的自我复制感兴趣,蒂比茨更是如此。早在2011年参加TED会议时,他就谈到了自己对于未来制造业的期待。“我相信机器和建筑很快就能够自我组装、复制以及修复,因为这是自然系统的内在能力。”

  “在当前的制造业中,我们可以用两年半时间修建一座有50万甚至上百万个部件组成的摩天大楼。这是非常复杂的设计,使用了最先进的钢铁、混凝土以及玻璃。我们还可以用5年时间来制造令人激动的航天器,它们有250万个组成部分。”这些都是了不起的成就,但是和自然系统相比呢?“我们有200万种类型的蛋白质,它们能在一万纳秒(时间单位,即一秒的10亿分之一)内折叠起来。而在大约1小时的时间内,30亿个碱基对会进行DNA复制。”

  经过这样的比较,蒂比茨说人类的能力显得相当渺小,“可是如果能够学会自然系统的规律,那我们构建事物的方式就会变得无比高效。”

  解码和材料选择是关键

  如今,蒂比茨和他的实验室真的带来了4D打印的概念和显示作品,并在今年的TED会议时演示了这一技术。在视频当中,他“打印”出一条“绳子”。之后,这根“绳子”自己扭成了一个立方体。这只是众多复杂步骤中的一个,如果有10万条“绳子”的话,它们会变成更加复杂的东西。

  根据科技博客“Geek”的解释,4D打印的关键不在于最终能够生成什么,而是在过程中的“形变”。“4D打印中的第四个维度是‘自主组装’,”文章写道,“但归根结底还是‘时间’,因为组装过程是在打印之后发生的。物体被打印出来,然后跟某种介质接触,产生预设反应。在蒂比茨的实验中,水是形变的介质。”

  当然,不是所有材料和水接触后都能完成“自主组装”,解码和材料选择是关键。蒂比茨将想要制作的内容进行解码,这是一种类似于解析人类DNA序列的逆向工作。然后,他选择普通塑料和一种活性物质(蛋白质),将解码后的序列植入其中。接下来奇迹就出现了,这些带着“智慧”的物质会按照设想发生形变,“它们可以扭转120度、负120度,直至到达最精确的位置。”


关键字: 4D打印 打印技术
责任编辑: 川夏
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