前沿科技：采用智能記憶材料的復雜4D結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)完美自組裝

4D打印的概念最早是由麻省理工學院（MIT）的Skylar Tibbits在2013年的Ted演講中提出的。它指的是一種可以通過預編程，在一定條件刺激下能夠從初始形態(tài)自動“變身”成另一種形態(tài)的超級材料。到目前為止，一些簡單的4D物體已經(jīng)被制作出來了，但更復雜的結(jié)構(gòu)卻還沒有實現(xiàn)，因為相關(guān)的研究普遍認為，它們需要用于特定時間間隔的多種類刺激才能實現(xiàn)。

不過這種想法已經(jīng)被證明是錯誤的了，因為最近，佐治亞理工學院（GIT）和新加坡技術(shù)大學的研究者們開發(fā)出了一種更為高級的4D技術(shù)，只需單一種類的刺激，比如熱量，就能實現(xiàn)4D物體的完美自折疊。

簡單的4D結(jié)構(gòu)

據(jù)中國3D打印專業(yè)媒體平臺南極熊了解，這些4D部件之所以如此神奇是因為它們由多種對熱量反應各不相同的智能形狀記憶材料組成的。當暴露在單一熱源下的時候，這些材料便會精確地按照時間順序做出動作，在不發(fā)生相互碰撞的情況下逐漸形成3D結(jié)構(gòu)。

“在這之前，研究的主要內(nèi)容是將多個加熱器布置到一個部件的特定區(qū)域，然后控制每個加熱器的開關(guān)時間，從而令部件按照一定順序形成3D結(jié)構(gòu)。這種方法不僅需要幾乎每時每刻都在時間和空間上控制對整體的熱量施加，而且實現(xiàn)起來非常復雜。我們對此做出了改進，使用了更及操作的空間均勻性溫度，然后利用不同材料的能力，通過它們的分子設(shè)計實現(xiàn)了對形狀變化速率的控制?！弊糁蝸喞砉W院機械工程系的Jerry Qi教授表示。下面的圖片就顯示了一個采用新方法，使用智能形狀記憶聚合物（SMPs）制成的4D平面在放入熱水中自動變形為一個自鎖立方體的過程，以及各個部分運動的順序：

在上面的過程中，熱水就是單一的熱源，而立方體的各個部位則是由對熱量反應不同的SMPs通過3D打印技術(shù)制成的。所以它們可以按照時間順序先后運動，在不發(fā)生相互阻擋的情況下最終自折疊成既定的3D實體。

在研究人員看來，這種全新的4D技術(shù)可以用于制造那些需要方便運輸?shù)奈矬w。它們最初的形態(tài)可能就如同上面的實驗品一樣是一個平面，需要使用時只要施加合適的刺激就會自動轉(zhuǎn)化為3D形態(tài)。便攜式庇護所，支架一類的移動式醫(yī)療設(shè)備，簡單的機械，以及互動玩具都可以是它的應用項目。研究人員甚至還想到了無人機。如果采用了4D技術(shù)，這些機械就能根據(jù)實際需要自動變形為可適應當?shù)貤l件的形態(tài)。

看完這些，你一定感覺到了科技的神奇和強大對不對。也許在不遠的將來，你的許多日常用品都將是由4D技術(shù)制造的，而它們將為你的生活帶來前所未有的便利。

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