近日，來自佐治亞理工學院（ Georgia Institute of Technology）和新加坡技術(shù)和設(shè)計大學（SUTD）的科學家們將這一處于起步階段的技術(shù)研究向前推進了一大步，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，每種材料對熱的反應(yīng)都稍有不同。當這種4D部件暴露于單一來源的熱輻射之下時，會發(fā)生精確和具有先后時間順序的移動，并生成三維結(jié)構(gòu)，與此同時各個部分之間并不會產(chǎn)生碰撞或沖突。 4D打印（4D printing）這個概念，最早是由麻省理工學院（MIT）Skylar Tibbits在2013年的一次TED大會的演講中提出來的。指的是一種可以通過預(yù)先設(shè)定的程序或步驟進行自我組裝，形成3D結(jié)構(gòu)的材料。迄今為止，我們已經(jīng)看到了一些具有簡單自我改變能力的4D對象。
; a' l W* S) m6 M* N( z$ W以前的研究努力主要集中在將多個加熱器分別放在特定區(qū)域，然后控制各個加熱器的接通和斷開時間，從而使對象按順序產(chǎn)生形變。這種早期方法基本上自始至終都需要控制對整個對象熱量的施加，十分復(fù)雜。我們對這種方法進行了改進，使它在更容易實現(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，通過分子設(shè)計內(nèi)部控制其形狀改變速度。”佐治亞理工學院的Jerry Qi教授稱。
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視頻中的這個測試對象是研究團隊用智能形狀記憶聚合物（SMPs）打印而成的，這種SMP材料經(jīng)過了分子層面的編程，一開始是一種形狀，但是一旦被施加一個單一的熱源，即可自動變形為第二種特定的形狀。在這個實驗中，研究團隊將多個材料一起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材料對于溫水的反應(yīng)差別，使得各個部分的動作按順序進行，不至于互相碰撞。 # h$ u) a% v2 g* I T* w
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- F- w8 |: ^9 ^0 h' P, }$ v; r6 L5 m佐治亞理工學院的博士后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)
8 I! Y- j' U! S7 A# Y除了這個自組裝的盒子之外，研究人員還創(chuàng)建了一個有趣的裝置，它一開始是一個扁平的帶子，在變形之后一端卷了起來，然后將自己穿入了一個鎖孔。據(jù)了解，該4D技術(shù)可以同時將多達10個不同的材料融入3D結(jié)構(gòu)。研究小組目前正在結(jié)合SMP材料進行實驗，希望能夠制造出類似于軟機器人能夠在三維空間連續(xù)自主移動的4D對象。 0 C I+ k# a& P5 y* d
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該研究團隊成員包括論文的共同作者：Martin L. Dunn, H. Jerry Qi, Yiqi Mao以及另外來自佐治亞理工研究人員Kai Yu、Michael Isakov和Jiangtao Wu。這個項目的研究資金來自美國空軍辦公室、美國國家科學基金會和新加坡國立研究基金會（通過SUTD）。
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4 M8 J3 g' |. P研究人員們認為，這項技術(shù)可以用于制造開發(fā)那些初始狀態(tài)像板材一樣便于運輸和儲藏，但是在使用時又轉(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)雜的多用途無人機，這種無人機可以根據(jù)需要變形為陸上或海上的裝置# M& K1 k E0 h2 M, }1 E s" B
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