Nauka
Serce ma swój „mózg”. Naukowcy badają jego rolę i funkcje
20 grudnia 2024
Przełom w technologii druku 4D
Odkrywanie czwartego wymiaru do tej pory było domeną powieści science-fiction oraz ich filmowych adaptacji. Jednak kilka lat temu nastąpił przełom – wydrukowano pierwszy obiekt w czterech wymiarach. Druk 4D jest rozwinięciem tradycyjnego druku 3D, ale czym właściwie jest druk 4D i dlaczego wykracza poza nasze dotychczasowe pojęcie rzeczywistości?
Druk 4D to nowatorska koncepcja różniąca się od druku 3D tym, że uwzględnia czwarty wymiar – czas. W przeciwieństwie do statycznych obiektów stworzonych w technologii 3D, przedmioty wydrukowane w 4D mogą zmieniać kształt lub właściwości pod wpływem zewnętrznych bodźców, takich jak temperatura czy światło. Zdolność do dynamicznej transformacji sprawia, że druk 4D otwiera zupełnie nowe możliwości.
Został po raz pierwszy zaprezentowany w 2013 roku przez naukowca z MIT, Skylara Tibbitza. Od tego momentu ta dziedzina rozwija się w niespotykanym tempie. Nowa technologia druku 4D wprowadziła rewolucyjne podejście do projektowania i produkcji. Pierwszy w pełni wydrukowany obiekt potrafi autonomicznie zmieniać kształt w odpowiedzi na warunki otoczenia. Działa to podobnie jak reakcja kwiatów na światło czy unoszenie się nasion na wietrze. Ta zdolność znacząco przewyższa możliwości obiektów wydrukowanych w technologii 3D.
Od 2013 roku druk 4D został znacząco udoskonalony przez inżynierów. Największy postęp nastąpił w materiałach wykorzystywanych do drukowania, a dokładnie w inteligentnych polimerach. Teraz szybciej reagują na różnorodne bodźce. Usprawnienia objęły także algorytmy, które kontrolują proces deformacji obiektów. Konstruktorom udało się również uprościć proces produkcji drukarek 4D i obniżyć ich ostateczny koszt. Umożliwi to ich szersze zastosowanie w przemyśle. Nad usprawnieniem tej technologii pracował między innymi zespół kierowany przez prof. Franka Demoly’ego z Politechniki w Belfort-Montbéliard we Francji.
Polecamy: Rafy koralowe z drukarek 3D
Czwarty wymiar a materiały inteligentne
Druk 3D tworzy pasywne obiekty, które pozostają niezmienione po ich wydrukowaniu. Natomiast obiekty wydrukowane w 4D mogą być składane, zginane i przekształcane. Przy tradycyjnych obiektach takie możliwości mogłyby wydawać się wręcz magiczne, ale klucz do tej technologii tkwi w materiałach inteligentnych.
Materiały używane w druku 4D reagują na bodźce zewnętrzne dzięki swojej programowalności. Pierwszy wydrukowany w tej technologii obiekt wykorzystuje polimery z pamięcią kształtu. Powracają one do zaprogramowanej formy pod wpływem ciepła lub światła. Jak to działa? Podczas drukowania wprowadza się specjalny kod geometryczny, który umożliwia materiałowi reagowanie na określone bodźce. Gdy obiekt zostaje poddany działaniu tych czynników, może zmieniać swoją strukturę lub funkcję zgodnie z zaprogramowanym schematem.
Rewolucja w materiałoznawstwie i inżynierii
Koncepcja obiektu, który samodzielnie zmienia kształt lub funkcję, jest prawdziwą rewolucją w dziedzinie materiałoznawstwa i inżynierii. Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia o przedmiotach jako o czymś stałym i niezmiennym. Możliwość, że obiekt może „rosnąć” lub „dostosowywać się” po wyprodukowaniu, stanowi technologiczny przełom. Kluczową rolę w tej zmianie odgrywa czas, czyli czwarty wymiar, który umożliwia obiektom ewolucję i interakcję z otoczeniem. To wyzwanie dla naszego sposobu myślenia o fizycznej rzeczywistości.
Polecamy: HOLISTIC NEWS: Zmyślone badania, fałszywe wyniki. Nauka padła ofiarą oszustów #OBSERWACJE
Nowa granica technologii
W naszej trójwymiarowej przestrzeni prawa fizyki są stałe – każdy obiekt ma określoną wysokość, szerokość i głębokość. Druk 4D wprowadza nową zmienną – czas. To on pozwala obiektom reagować na otoczenie, a materiałom dostosowywać się do warunków zewnętrznych. Włączenie czwartego wymiaru do inżynierii i projektowania otwiera przed nami zupełnie nowe możliwości, łącząc znane aspekty rzeczywistości z zupełnie nowymi perspektywami.
Do czego wykorzystać druk 4D?
Z racji na swoje właściwości obiekty 4D znajdą zastosowanie między innymi w medycynie. Przykładem mogą być narzędzia, które dostosowują się do ciała pacjenta. Implanty mogą zmieniać kształt w odpowiedzi na temperaturę ciała lub inne czynniki, co pozwala na lepszą integrację z tkankami.
Myśląc o obiektach, które zmieniają się w czasie, nie sposób nie wspomnieć o ubraniach. Odzież wydrukowana w technologii 4D mogłaby zmieniać swój kształt lub dopasowanie w zależności od pogody czy aktywności noszącego.
Choć nadal trudno jest w pełni zrozumieć konsekwencje tej technologii, jedno jest pewne – druk 4D ma potencjał całkowicie zmienić nasze relacje z fizycznym otoczeniem. Ten nowy wymiar jest już na horyzoncie, a jedynym ograniczeniem jest nasza kreatywność. Czwarty wymiar stał się rzeczywistością, a w przyszłości z pewnością w pełni wykorzystamy potencjał tej technologii i wszystkie jej nieograniczone możliwości.
Druk 4D ma ogromny potencjał, by całkowicie zmienić nasze myślenie na temat materiałów, z których codziennie korzystamy. Technologia to wciąż jednak wymaga dalszego usprawnienia. Naukowcy nadal pracują nad dalszym uproszczeniem procesu drukowania. Potrzeba także lepiej symulować zachowanie zmiennokształtnych polimerów. Uproszczenie tej technologii mogłoby umożliwić jej szersze zastosowanie w przemyśle, zwłaszcza w produkcji seryjnej.
Polecamy: Jakie są najważniejsze wynalazki ludzkości?
