隨著科技的發(fā)展，3D打印讓人們可以輕松完成對于想象中物體的制作。比如說，你可以利用3D打印機(jī)“打”出一個飛機(jī)模型。但你聽說過4D打印嗎？今年3月初，國外技術(shù)團(tuán)隊(duì)曾放出了首段4D打印技術(shù)演示視頻。和3D相比，這種更高級的技術(shù)除了有“長寬高”這些立體的三維結(jié)構(gòu)，還增加了一個所謂的“時間線”。一旦它進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活，很多科幻電影里才有的場面就會出現(xiàn)在你的面前。
如果椅子能夠自我變形
思凱勒·蒂比茨是麻省理工自動化實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)始人，今年2月他在加利福尼亞長灘島舉行的TED會議上公布了他們所研發(fā)的4D打印技術(shù)。消息一出，整個業(yè)界為之沸騰，連帶著相關(guān)高科技材料的股票也出現(xiàn)暴漲。
什么是4D打印？聽起來它只是比3D打印多了一個數(shù)字，但實(shí)際上卻是完全不同的概念。“3D打印要預(yù)先建模、掃描，然后用相應(yīng)的材料按照之前的計(jì)劃完全復(fù)制。”蒂比茨說，“4D打印則是直接將想要的性狀輸入材料當(dāng)中，然后物體會‘自動’出現(xiàn)，不需要任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。”
這聽起來很玄妙，事實(shí)上做起來也是如此。非物理學(xué)、材料學(xué)以及計(jì)算機(jī)學(xué)專業(yè)的人會暈頭轉(zhuǎn)向，但如果換一種方式解釋呢？工程軟件開發(fā)商“歐特克”(Autodesk)一直以來都在研究4D打印技術(shù)，他們的首席研究科學(xué)家卡羅·奧古因打了個比方：“想象一下你從宜家買回來一張椅子，將它放在房間，然后它會自動組裝，這就是4D打印。”
靈感來自生物自我復(fù)制
麻省理工的自動化實(shí)驗(yàn)室一直都對生物的自我復(fù)制感興趣，蒂比茨更是如此。早在2011年參加TED會議時，他就談到了自己對于未來制造業(yè)的期待。“我相信機(jī)器和建筑很快就能夠自我組裝、復(fù)制以及修復(fù)，因?yàn)檫@是自然系統(tǒng)的內(nèi)在能力。”
“在當(dāng)前的制造業(yè)中，我們可以用兩年半時間修建一座有50萬甚至上百萬個部件組成的摩天大樓。這是非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，使用了最先進(jìn)的鋼鐵、混凝土以及玻璃。我們還可以用5年時間來制造令人激動的航天器，它們有250萬個組成部分。”這些都是了不起的成就，但是和自然系統(tǒng)相比呢？“我們有200萬種類型的蛋白質(zhì)，它們能在一萬納秒(時間單位，即一秒的10億分之一)內(nèi)折疊起來。而在大約1小時的時間內(nèi)，30億個堿基對會進(jìn)行DNA復(fù)制。”
經(jīng)過這樣的比較，蒂比茨說人類的能力顯得相當(dāng)渺小，“可是如果能夠?qū)W會自然系統(tǒng)的規(guī)律，那我們構(gòu)建事物的方式就會變得無比高效。”
解碼和材料選擇是關(guān)鍵
如今，蒂比茨和他的實(shí)驗(yàn)室真的帶來了4D打印的概念和顯示作品，并在今年的TED會議時演示了這一技術(shù)。在視頻當(dāng)中，他“打印”出一條“繩子”。之后，這根“繩子”自己扭成了一個立方體。這只是眾多復(fù)雜步驟中的一個，如果有10萬條“繩子”的話，它們會變成更加復(fù)雜的東西。
根據(jù)科技博客“Geek”的解釋，4D打印的關(guān)鍵不在于最終能夠生成什么，而是在過程中的“形變”。“4D打印中的第四個維度是‘自主組裝’，”文章寫道，“但歸根結(jié)底還是‘時間’，因?yàn)榻M裝過程是在打印之后發(fā)生的。物體被打印出來，然后跟某種介質(zhì)接觸，產(chǎn)生預(yù)設(shè)反應(yīng)。在蒂比茨的實(shí)驗(yàn)中，水是形變的介質(zhì)。”
當(dāng)然，不是所有材料和水接觸后都能完成“自主組裝”，解碼和材料選擇是關(guān)鍵。蒂比茨將想要制作的內(nèi)容進(jìn)行解碼，這是一種類似于解析人類DNA序列的逆向工作。然后，他選擇普通塑料和一種活性物質(zhì)(蛋白質(zhì))，將解碼后的序列植入其中。接下來奇跡就出現(xiàn)了，這些帶著“智慧”的物質(zhì)會按照設(shè)想發(fā)生形變，“它們可以扭轉(zhuǎn)120度、負(fù)120度，直至到達(dá)最精確的位置。”
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