nauki ścisłe
Autor: Justyna Jońca | dodano: 2018-05-22
Drukowanie w czwartym wymiarze

Fot. VAlex/Shutterstock.com


Podczas gdy drukarki 3D stają się coraz dostępniejsze, w laboratoriach na całym świecie powstaje nowa generacja drukowanych obiektów. Czy druk 4D stanie się tak samo popularny jak jego poprzednik?

Po przyjrzeniu się z bliska stronie tekstu z domowej drukarki dostrzeglibyśmy, że litery nie tyle barwią papier, ile leżą na jego powierzchni. Teoretycznie więc, gdybyśmy zadrukowali tę samą stronę kilka tysięcy razy, na jej powierzchni zebrałaby się wystarczająca ilość warstw tuszu, aby stworzyć solidny model 3D każdej litery. Pomysł stworzenia fizycznej formy z serii cienkich warstw jest podstawą działania pierwszych drukarek 3D. Dzisiejsze urządzenia tego typu mogą zrobić praktycznie wszystko, od kubków ceramicznych po plastikowe zabawki, metalowe części maszyn, fantazyjne czekoladowe ciasta, a nawet gotowe do zamieszkania domy. Wystarczy zaprojektować obiekt na zwykłym komputerze podłączonym do drukarki 3D i nacisnąć „drukuj”, a program zamieni cały obiekt na tysiące cienkich warstw i odtworzy go od dołu do góry warstwa po warstwie. Jak sama nazwa wskazuje, drukowanie w 4D działa na tej samej zasadzie, ale zyskuje dodatkowy wymiar: czas. Podczas gdy obiekty 3D pozostają statyczne po wyjściu z maszyny, te w 4D zmieniają geometrię w ciągu kilku sekund po poddaniu ich działaniu zewnętrznego bodźca (światło, woda, ciśnienie, ciepło lub elektryczna stymulacja).

Jak ożywić materię?

Wszystko zaczęło się w 2011 r., gdy młody architekt i informatyk z Massachusetts Institute of Technology (MIT) Skylar Tibbits skupił się wraz ze swoim zespołem na badaniu inteligentnych materiałów, takich jak stopy z pamięcią kształtu. Przykładem takiego surowca jest nitinol, czyli połączenie tytanu i niklu. Materiał ten jest znany z tego, że można go dowolnie odkształcać, mimo to po ogrzaniu wraca do pierwotnej formy. Zespół chciał jednak pójść krok dalej i stworzyć materiały reagujące na innego rodzaju bodźce. W ten sposób właśnie narodziła się idea drukowania w 4D, a niedługo później ekipa mogła już zaprezentować przedmioty wykonane z różnych materiałów, które w sposób kontrolowany zmieniają formę. Tak powstały skręcająca się po podświetleniu płyta z włókna węglowego, wyginająca się po zanurzeniu w wodzie tacka z włókna celulozowego oraz rurka zrobiona z hybrydy polimeru i hydrożelu, która zgina się, tworząc litery alfabetu. W strukturach tych nie ma żadnych ukrytych obwodów elektronicznych, silników czy baterii. Tutaj materia spontanicznie wprawiana jest w ruch, jak swoiste żywe origami. Ale w jaki sposób?

Drukując dany obiekt, ekipa z MIT tworzy na nim obszary mniej lub bardziej czułe na odpowiedni bodziec zewnętrzny, podczas gdy pozostałe części przedmiotu mu nie ulegają. Tak więc w rurkach niektóre miejsca rozszerzają się po kontakcie z wodą, podczas gdy inne pozostają nietknięte. Powoduje to powstanie lokalnego ruchu, odpowiadającego za deformację całego obiektu. Ot, cały sekret! Wyniki te zaprezentowano w 2013 r. podczas jednej ze słynnych amerykańskich konferencji naukowych TED (Technology, Entertainment and Design). Zespół pokazał wtedy wspomnianą wyżej rurkę, która po wrzuceniu do wody przekształciła się w napis MIT. Zachwyceni prezentacją przedstawiciele różnych firm skontaktowali się z naukowcami w celu nawiązania współpracy. Jedna z nich – Geosyntec – pracuje obecnie nad rurami kanalizacyjnymi, które mogą dostosowywać średnicę do ilości przepływającej przez nie wody.

Dalej czytelnik dowie się, jak stworzono rozwijającą płatki sztuczną orchideę, implanty ślimakowe dopasowujące się do ucha chorego, szyny podtrzymujące wiotką tchawicę małych pacjentów, inteligentne domy zamykające okna w razie brzydkiej pogody. Przyszłość będzie w 4D. Liczymy na powłoki do aut reagujące na wilgoć i zabezpieczające przed korozją oraz na nowoczesne mundury dla wojskowych, które dopasują się do warunków pogodowych.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 06/2018 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
08/2018
07/2018
Kalendarium
Sierpień
14
W 1502 r. w czasie swej czwartej i ostatniej wyprawy do Nowego Świata Krzysztof Kolumb wylądował w dzisiejszym Hondurasie.
Warto przeczytać

Wydawałoby się, że coś takiego to niewytłumaczalna naukowo domena. A jednak może stać za nią naturalne zjawisko biologiczne.


WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Justyna Jońca | dodano: 2018-05-22
Drukowanie w czwartym wymiarze

Fot. VAlex/Shutterstock.com


Podczas gdy drukarki 3D stają się coraz dostępniejsze, w laboratoriach na całym świecie powstaje nowa generacja drukowanych obiektów. Czy druk 4D stanie się tak samo popularny jak jego poprzednik?

Po przyjrzeniu się z bliska stronie tekstu z domowej drukarki dostrzeglibyśmy, że litery nie tyle barwią papier, ile leżą na jego powierzchni. Teoretycznie więc, gdybyśmy zadrukowali tę samą stronę kilka tysięcy razy, na jej powierzchni zebrałaby się wystarczająca ilość warstw tuszu, aby stworzyć solidny model 3D każdej litery. Pomysł stworzenia fizycznej formy z serii cienkich warstw jest podstawą działania pierwszych drukarek 3D. Dzisiejsze urządzenia tego typu mogą zrobić praktycznie wszystko, od kubków ceramicznych po plastikowe zabawki, metalowe części maszyn, fantazyjne czekoladowe ciasta, a nawet gotowe do zamieszkania domy. Wystarczy zaprojektować obiekt na zwykłym komputerze podłączonym do drukarki 3D i nacisnąć „drukuj”, a program zamieni cały obiekt na tysiące cienkich warstw i odtworzy go od dołu do góry warstwa po warstwie. Jak sama nazwa wskazuje, drukowanie w 4D działa na tej samej zasadzie, ale zyskuje dodatkowy wymiar: czas. Podczas gdy obiekty 3D pozostają statyczne po wyjściu z maszyny, te w 4D zmieniają geometrię w ciągu kilku sekund po poddaniu ich działaniu zewnętrznego bodźca (światło, woda, ciśnienie, ciepło lub elektryczna stymulacja).

Jak ożywić materię?

Wszystko zaczęło się w 2011 r., gdy młody architekt i informatyk z Massachusetts Institute of Technology (MIT) Skylar Tibbits skupił się wraz ze swoim zespołem na badaniu inteligentnych materiałów, takich jak stopy z pamięcią kształtu. Przykładem takiego surowca jest nitinol, czyli połączenie tytanu i niklu. Materiał ten jest znany z tego, że można go dowolnie odkształcać, mimo to po ogrzaniu wraca do pierwotnej formy. Zespół chciał jednak pójść krok dalej i stworzyć materiały reagujące na innego rodzaju bodźce. W ten sposób właśnie narodziła się idea drukowania w 4D, a niedługo później ekipa mogła już zaprezentować przedmioty wykonane z różnych materiałów, które w sposób kontrolowany zmieniają formę. Tak powstały skręcająca się po podświetleniu płyta z włókna węglowego, wyginająca się po zanurzeniu w wodzie tacka z włókna celulozowego oraz rurka zrobiona z hybrydy polimeru i hydrożelu, która zgina się, tworząc litery alfabetu. W strukturach tych nie ma żadnych ukrytych obwodów elektronicznych, silników czy baterii. Tutaj materia spontanicznie wprawiana jest w ruch, jak swoiste żywe origami. Ale w jaki sposób?

Drukując dany obiekt, ekipa z MIT tworzy na nim obszary mniej lub bardziej czułe na odpowiedni bodziec zewnętrzny, podczas gdy pozostałe części przedmiotu mu nie ulegają. Tak więc w rurkach niektóre miejsca rozszerzają się po kontakcie z wodą, podczas gdy inne pozostają nietknięte. Powoduje to powstanie lokalnego ruchu, odpowiadającego za deformację całego obiektu. Ot, cały sekret! Wyniki te zaprezentowano w 2013 r. podczas jednej ze słynnych amerykańskich konferencji naukowych TED (Technology, Entertainment and Design). Zespół pokazał wtedy wspomnianą wyżej rurkę, która po wrzuceniu do wody przekształciła się w napis MIT. Zachwyceni prezentacją przedstawiciele różnych firm skontaktowali się z naukowcami w celu nawiązania współpracy. Jedna z nich – Geosyntec – pracuje obecnie nad rurami kanalizacyjnymi, które mogą dostosowywać średnicę do ilości przepływającej przez nie wody.

Dalej czytelnik dowie się, jak stworzono rozwijającą płatki sztuczną orchideę, implanty ślimakowe dopasowujące się do ucha chorego, szyny podtrzymujące wiotką tchawicę małych pacjentów, inteligentne domy zamykające okna w razie brzydkiej pogody. Przyszłość będzie w 4D. Liczymy na powłoki do aut reagujące na wilgoć i zabezpieczające przed korozją oraz na nowoczesne mundury dla wojskowych, które dopasują się do warunków pogodowych.