4D打?。?D printing）這個(gè)概念，最早是由麻省理工學(xué)院（MIT）Skylar Tibbits在2013年的一次TED大會(huì)的演講中提出來(lái)的。指的是一種可以通過(guò)預(yù)先設(shè)定的程序或步驟進(jìn)行自我組裝，形成3D結(jié)構(gòu)的材料。迄今為止，我們已經(jīng)看到了一些具有簡(jiǎn)單自我改變能力的4D對(duì)象。

然而近日，來(lái)自佐治亞理工學(xué)院（ Georgia Institute of Technology）和新加坡技術(shù)和設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）的科學(xué)家們將這一處于起步階段的技術(shù)研究向前推進(jìn)了一大步，他們開發(fā)出了一種新的4D技術(shù)，該技術(shù)只需一種刺激即可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建復(fù)雜的自我折疊結(jié)構(gòu)。而且這種具有4D能力的部件可以由幾種具有形狀記憶能力的智能材料組成，每種材料對(duì)熱的反應(yīng)都稍有不同。當(dāng)這種4D部件暴露于單一來(lái)源的熱輻射之下時(shí)，會(huì)發(fā)生精確和具有先后時(shí)間順序的移動(dòng)，并生成三維結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)各個(gè)部分之間并不會(huì)產(chǎn)生碰撞或沖突。

“以前的研究努力主要集中在將多個(gè)加熱器分別放在特定區(qū)域，然后控制各個(gè)加熱器的接通和斷開時(shí)間，從而使對(duì)象按順序產(chǎn)生形變。這種早期方法基本上自始至終都需要控制對(duì)整個(gè)對(duì)象熱量的施加，十分復(fù)雜。我們對(duì)這種方法進(jìn)行了改進(jìn)，使它在更容易實(shí)現(xiàn)的具有均勻溫度的空間里發(fā)生，然后利用不同材料的能力，通過(guò)分子設(shè)計(jì)內(nèi)部控制其形狀改變速度。”佐治亞理工學(xué)院的Jerry Qi教授稱。

這個(gè)測(cè)試對(duì)象是研究團(tuán)隊(duì)用智能形狀記憶聚合物（SMPs）打印而成的，這種SMP材料經(jīng)過(guò)了分子層面的編程，一開始是一種形狀，但是一旦被施加一個(gè)單一的熱源，即可自動(dòng)變形為第二種特定的形狀。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)將多個(gè)材料一起3D打印，創(chuàng)造出一種復(fù)雜自組裝的可控序列。而且研究人員巧妙利用了不同SMP材料對(duì)于溫水的反應(yīng)差別，使得各個(gè)部分的動(dòng)作按順序進(jìn)行，不至于互相碰撞。

佐治亞理工學(xué)院的博士后Yiqi Mao托著的就是用形狀記憶聚合物3D打印的可自組裝4D結(jié)構(gòu)

除了這個(gè)自組裝的盒子之外，研究人員還創(chuàng)建了一個(gè)有趣的裝置，它一開始是一個(gè)扁平的帶子，在變形之后一端卷了起來(lái)，然后將自己穿入了一個(gè)鎖孔。據(jù)了解，該4D技術(shù)可以同時(shí)將多達(dá)10個(gè)不同的材料融入3D結(jié)構(gòu)。研究小組目前正在結(jié)合SMP材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，希望能夠制造出類似于軟機(jī)器人能夠在三維空間連續(xù)自主移動(dòng)的4D對(duì)象。

該研究團(tuán)隊(duì)成員包括論文的共同作者：Martin L. Dunn, H. Jerry Qi, Yiqi Mao以及另外來(lái)自佐治亞理工研究人員Kai Yu、Michael Isakov和Jiangtao Wu。這個(gè)項(xiàng)目的研究資金來(lái)自美國(guó)空軍辦公室、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和新加坡國(guó)立研究基金會(huì)（通過(guò)SUTD）。

研究人員們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)可以用于制造開發(fā)那些初始狀態(tài)像板材一樣便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，但是在使用時(shí)又轉(zhuǎn)化為另一種功能狀態(tài)的產(chǎn)品。甚至可以用于一些復(fù)雜的多用途無(wú)人機(jī)，這種無(wú)人機(jī)可以根據(jù)需要變形為陸上或海上的裝置，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是變形金剛與之相比都弱爆了。