In questi giorni, la stampa 3D sembra essere al centro della maggior parte delle nuove nuove attività di ricerca, sia che si stiano sviluppando modi per stampare interi pasti o ricreare le caratteristiche del viso per riparare il viso di un paziente.
Ma Skylar Tibbits vuole alzare la posta: spera che la stampa in 4D sarà la cosa del futuro non così lontano.
Il nome del suo concetto, ammette Tibbits, all'inizio era un po 'spensierato. Al Massachusetts Institute of Technology, Tibbits e ricercatori delle aziende Stratasys e Autodesk Inc stavano cercando di escogitare un modo per descrivere gli oggetti che stavano creando su stampanti 3D, oggetti che non solo potevano essere stampati, ma grazie al codice geometrico, in seguito potrebbe anche cambiare forma e trasformarsi da solo.
Il nome rimase e ora il processo che svilupparono - che trasforma il codice in "oggetti intelligenti" che possono autoassemblarsi o cambiare forma di fronte a un cambiamento nel suo ambiente - potrebbe benissimo apparire in una serie di settori, dall'edilizia alla Abbigliamento sportivo.
"Normalmente, stampiamo le cose e pensiamo che siano fatte", afferma Tibbits. “Quello è l'output finale e poi li assembliamo. Ma vogliamo che siano in grado di trasformarsi e cambiare forma nel tempo. E vogliamo che si riuniscano da soli. "
Tibbits, ricercatore presso il MIT, lo scorso anno è stato dato il via libera per stabilire quello che è noto come laboratorio di autoassemblaggio dell'università. La sfida era vedere come i ricercatori intelligenti potessero realizzare un oggetto senza fare affidamento su sensori o chip; quanto fluido potrebbero fare qualcosa senza fili o motori.
Per fortuna, quando Tibbits ha condiviso questo dilemma con i conoscenti di Stratasys, una delle principali società di stampa 3D, gli hanno detto che la società aveva sviluppato un materiale di stampa che si espande del 150% quando viene messo in acqua. Sembrava promettente. Ma la vera domanda era come portare precisione a quella trasformazione in modo che un oggetto potesse svolgersi, arricciarsi e formare angoli specifici invece di gonfiarsi come una spugna gonfia.
Risposta di Tibbits: Geometria.
Con una stampante 3D, un operatore inserisce un progetto virtuale per un oggetto, che la stampante utilizza per costruire il prodotto finale strato per strato. Per creare qualcosa di "4D", tuttavia, Tibbits fornisce alla stampante un preciso codice geometrico basato sugli angoli e sulle dimensioni dell'oggetto stesso, ma anche misure che determinano come dovrebbe cambiare forma quando confrontato con forze esterne come l'acqua, il movimento o un cambiamento di temperatura .
In breve, il codice imposta la direzione, il numero di volte e gli angoli in cui un materiale può piegarsi e arricciarsi. Quando quell'oggetto si confronta con un cambiamento nell'ambiente, può essere stimolato a cambiare forma. I tubi, ad esempio, potrebbero essere programmati per espandersi o restringersi per aiutare a spostare l'acqua; i mattoni potrebbero spostarsi per accogliere più o meno stress su un determinato muro.
Tibbits ha dimostrato il concetto di stampa 4D in una conferenza TED dell'anno scorso, durante la quale ha mostrato come un singolo filo di materiale stampato potesse essere programmato per piegare, da solo, nella parola "MIT".
(Vedi un video di quella demo di seguito)
Le forme delle cose a venire
A prima vista, è un concetto molto interessante. Ma quando possiamo aspettarci di vedere questo tipo di trasformazioni nel mondo reale?
In alcuni casi, stanno già accadendo. Tibbits sottolinea che nella nanotecnologia, gli scienziati sono stati in grado di programmare materiali fisici e biologici per cambiare le loro forme e proprietà, come usare il DNA per assemblare i nanorobot.
Far sì che ciò accada a misura d'uomo, ammette, è molto più impegnativo, in particolare nelle industrie più tradizionali, come l'edilizia. Ma Tibbits afferma che almeno un'azienda è interessata a vedere come la programmazione 4D può essere applicata all'infrastruttura. C'è potenziale, dice, nell'uso di materiali autoassemblanti in aree disastrate o in ambienti estremi in cui la costruzione convenzionale non è fattibile o troppo costosa. Ad esempio, vede un futuro per ciò che chiama "infrastruttura adattiva" nello spazio.
Tibbits afferma che il suo laboratorio sta lavorando a stretto contatto con numerosi partner del settore su come integrare il concetto di 4D nelle loro attività. Per quanto riguarda la trasformazione dei prodotti sugli scaffali, Tibbits prevede innovazione nell'arredamento o nell'abbigliamento sportivo. Offre l'esempio delle sneaker che potrebbero cambiare forma e funzione in risposta al modo in cui vengono utilizzate.
"Se comincio a correre", ha detto, "[le scarpe da ginnastica] dovrebbero adattarsi alle scarpe da corsa. Se gioco a basket, si adattano per supportare di più le mie caviglie. Se vado sull'erba, dovrebbero crescere tacchetti o diventare impermeabili se è piove. Non è come se la scarpa capisse che stai giocando a basket, ovviamente, ma può dire che tipo di energia o che tipo di forze vengono applicate dal tuo piede. Potrebbe trasformarsi in base alla pressione. O potrebbe essere cambiamento di umidità o temperatura. "
Pensiero multidimensionale
Ecco alcuni altri recenti sviluppi nella stampa 3D e 4D:
- Manovre dell'esercito: l'esercito degli Stati Uniti ha concesso una sovvenzione all'Università di Harvard, all'Università di Pittsburgh e all'Università dell'Illinois per esplorare i modi in cui i militari potrebbero usare oggetti autoassemblanti, aumentando la possibilità di rifugi o ponti che si formano.
- Basta non dire a nessuno che il tuo trucco è venuto subito dalla stampante: la studentessa di Harvard Grace Choi ha creato un prototipo per una stampante 3D chiamata "Mink" progettata per consentire agli utenti di scegliere qualsiasi colore immaginabile e quindi effettivamente stampare il trucco in quella tonalità.
- Tutto in una giornata di lavoro: in Cina, una società di ingegneria ha utilizzato stampanti 3D per costruire 10 case a un piano in un giorno. Le stampanti, che erano larghe 33 piedi e alte 22 piedi, usavano un mix di cemento e rifiuti di costruzione per costruire le pareti strato per strato.
E per ulteriori informazioni sul potenziale della stampa 4D, guarda questo video:
Questo articolo è stato aggiornato per riflettere il coinvolgimento di Stratys e Autodesk Inc nella ricerca sulla stampa 4D.
