Исследователи из Гарвардского университета разработали методику 4D-печати объектов, где в роли четвертого измерения выступает время. Для того, чтобы 3D-печатные объекты изменили свою форму, их достаточно погрузить в воду. Исследование опубликовано в Nature Materials.
Для четырехмерной печати ученые использовали специальные чернила из гидрогеля с добавлением волокон целлюлозы. Перед печатью объекта проводится математическое моделирование поведения волокон, что позволяет точно определить структуру объекта при печати и порядок нанесения слоев чернил.
Такой подход позволяет получить точно предсказанное изменение формы уже напечатанного объекта при погружении в воду. По словам исследователей, аналогичные механизмы заранее запрограммированного расширения материалов встречаются и в природе — например, таким образом раскрываются и закрываются цветы и шишки.
В опубликованном видео исследователи продемонстрировали один из подобных объектов. Напечатанный на 3D-принтере цветок орхидеи при погружении в воду начинает «распускаться» и части объекта начинают разворачиваться по заранее запрограммированным траекториям.
Программируемые материалы представляют интерес для ученых в разных сферах, поскольку позволяют создавать структуры, части которых будут двигаться в определенных условиях и строго в соответствии с заранее заданной программой. Подобные технологии можно применять в том числе для создания самостоятельно собирающихся роботов, как это сделали исследователи из Массачусетского технологического института и Мюнхенского технического университета. Их оригами-робот прошел полный «жизненный цикл» с самосборкой, удаленным управлением и последующим растворением в ацетоне.