Инженеры Университета Рутгерса и Нью-Брансуика создали гибкие, легкие материалы с 4D-печатью, которые могут улучшить амортизацию, преобразовать крылья самолета или дрона, мягкую робототехнику и крошечные имплантируемые биомедицинские устройства. Их исследование опубликовано в журнале Materials Horizons.
3D-печать, также известная как аддитивное производство, превращает цифровые чертежи в физические объекты, создавая их слой за слоем. 4D-печать основана на этой технологии с одним большим отличием: в ней используются специальные материалы и сложный дизайн для печати объектов, которые меняют форму в зависимости от условий окружающей среды, таких как температура, выступающая в качестве триггера, – сказал старший автор Ховон Ли, доцент кафедры Машиностроение и аэрокосмическая техника.
Время – четвертое измерение, которое позволяет им трансформироваться в новую форму.
«Мы считаем, что это беспрецедентное взаимодействие материаловедения, механики и 3D-печати откроет новый путь к широкому спектру интересных приложений, которые улучшат технологии, здоровье, безопасность и качество жизни», – сказал Ли.
Инженеры создали новый класс «метаматериалов» – материалов, обладающих необычными и нелогичными свойствами, которые не встречаются в природе. Слово «метаматериалы» происходит от греческого слова «мета», что означает «выше» или «за гранью»."
Раньше форма и свойства метаматериалов были необратимыми после их производства. Но инженеры Rutgers могут настраивать свои пластиковые материалы с помощью тепла, чтобы они оставались жесткими при ударах или становились мягкими, как губка, чтобы поглощать удары.
Жесткость можно регулировать более чем в 100 раз при температуре от комнатной (73 градуса) до 194 градусов по Фаренгейту, что позволяет лучше контролировать амортизацию. Формы материалов можно изменять для самых разных целей. Их можно временно преобразовать в любую деформированную форму, а затем по запросу вернуть в исходную форму при нагревании.
Это показывает, как интеллектуальные материалы с 4D-печатью могут превращаться из жестких в мягкие, а также изменять форму.
Материалы могут быть использованы в крыльях самолетов или дронов, которые меняют форму для повышения производительности, а также в легких конструкциях, которые складываются для космических запусков и реформируются в космосе для создания более крупной конструкции, такой как солнечная панель.
Мягкие роботы, сделанные из мягких, гибких и эластичных материалов, вдохновленные осьминогом, могут иметь переменную гибкость или жесткость, адаптированную к окружающей среде и выполняемой задаче.
По словам Ли, крошечные устройства, вставляемые или имплантированные людям для диагностики или лечения, можно временно сделать мягкими и гибкими для минимально инвазивного и менее болезненного введения в тело.