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4D打印:從自組裝家具到抗癌機器人

http://www.sharifulalam.com 2013-04-12 14:43

  3D 打印是一個很熱的話題。對于消費者來說,3D 打印的一大好處就是個性化的設計。不過,在我們期待 3D 打印普及的時候,科學家們已經開始了新的探索。今年 2 月,在洛杉磯舉辦的 TED 大會上,MIT 自組裝實驗室的計算機科學家 Skylar Tibbits 提出了 4D 打印的概念。BBC 對此也進行了報道。

  什么是 4D 打印?Skylar Tibbits 告訴 BBC,“我們提出了第四個維度,時間。隨著時間的推移,靜止的物體能夠變形和適應新環境”。4D 打印,其實就是使用可編程的“智能材料”,實現物品的“自組裝”。MIT 使用 Stratasys 特制的 3D 打印機做出多層材料,結合了普通塑料和可吸水的“智能材料”,當材料開始擴展的時候,水可以作為能量源。這樣的話,“堅固的材料變成了結構,而其它層則是使其彎曲和扭曲的動力。”

  Skylar 認為,在未來,家具、自行車、汽車,甚至房屋都可以通過這種技術制造出來。

  MIT 的項目是與軟件公司 Autodesk 公司合作的。近日,衛報編輯在倫敦見到了該公司的生物/納米/可編程物質部門主管 Carlo Olguin,談到 4D 打印對于未來設計的影響,以及在醫學上的作用。

  Autodesk 的項目稱為“Project Cyborg”,基于云端的元平臺,為可編程物質的構建提供設計工具。根據 Olguin 的說法,這可以使“建模、模擬和設計優化”的過程變得非常簡單和快速。

  “建模過程以前需要幾周來完成,以及博士后級別的能力,如今能夠在幾秒內輕松完成”,Olguin 說,“我們想要使科技‘去技術化’(de-skill)”。

  這會從根本上改變設計。“當我們學習設計的時候,通常是通過自上而下的方法來貫穿我們的想法”,Olguin 說,“這是一種不同的設計模式。它是設定參數,然后讓材料自己進化和發展。”

  除了個性化產品的潛能,這種技術還能夠在現實中發揮更大的作用。MIT 的 Skylar Tibbits 曾談到,它可用在輸水管道。“輸水管道的能力是固定的,因此,如果環境改變、地層移動或者需求改變,我們要把它挖出來,從頭開始鋪設”。使用了可編程材料的管道有更強的適應能力,可以自己擴展或緊縮,甚至通過搏動來驅動水流。“它就像是機器人,只是沒有天線和引擎”,Skylar 說。

  哈佛大學威斯研究所的 Shawn Douglas 則將“Project Cyborg”的技術用到了微觀世界里。Douglas 的團隊以 DNA 鏈為材料,制造了抗病毒的納米機器人。它的樣式像貝殼,有雙螺旋鎖。當機器人遇到特定的癌細胞,鎖打開,釋放特定抗體阻止癌細胞的增長。這是模仿了人體中白血球的行為。通過這種新技術,未來的癌癥病人有望告別有害的化療過程。

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