近日，由數(shù)學家Dan Raviv博士帶領的研究團隊，在12月18日出版的《Scientific Reports》雜志上發(fā)表了一篇名為《主動性打印材料的復雜自我進化變形（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“一種新的設計，具有復雜的自我演變結(jié)構(gòu)......能夠隨著時間以及基于環(huán)境的相互作用不斷進行變化。”

        研究團隊發(fā)明的新方法不僅能夠讓這種材料隨著時間改變結(jié)構(gòu)，而且能夠精確地讓其變形為預設的形狀，并在自動構(gòu)造后改變屬性和功能。

        值得一提的是，Raviv博士帶領的這支研究團隊的成員是由來自麻省理工學院（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媒體實驗室的博士后研究員，他的工作主要是為媒體實驗室的 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用源于此項研究工作。這不僅僅是一個很酷的項目或一個有趣的解決方案，而是可以改變許多人生活的東西。”Raviv說。“它將在未來有非常廣泛的應用。”

        4D打印對象能夠響應來自周圍環(huán)境中刺激——即自適應增材制造——這可用于家用電器，使其對不同的溫度條件作出反應，或者用在服裝外套上，使其能夠感測外部環(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)可能會導致人類生活質(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。”這種部件可以適應人體內(nèi)部環(huán)境的變化，并相應的改變自己。“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，而在其它時候會仍然處于剛性狀態(tài)，因為它是用一種硬塑料制成的。到目前為止，他們已經(jīng)用這種吸水性材料創(chuàng)建了一個15×15英寸的方格，這種方格可變化復雜的幾何形狀。

        目前，這種試驗材料能夠承受幾十次的干濕循環(huán)導致的形狀變化，不過之后會失去變形能力。此外，當前的研究團隊把水當成了4D打印對象的主要刺激物，下一步他們將研究其它刺激源——如光和熱——與4D打印對象的相互作用。