俗話說：“你永遠(yuǎn)跟不上科技的腳步。”在我們剛剛開始有點(diǎn)了解3D打印并為之驚嘆的時(shí)候，科學(xué)狂人已經(jīng)開始思考4D打印將如何改變這個(gè)世界。2月25日，在美國加州長灘市舉辦的TED2013大會(huì)上，來自美國麻省理工學(xué)院的斯凱拉·蒂比茨向我們展示了4D打印技術(shù)的無窮魅力。
所謂4D打印技術(shù)，就是在3D打印的基礎(chǔ)上增加一個(gè)“時(shí)間”的緯度。所有物體都因時(shí)間而存在，物體形狀改變也需要時(shí)間。3D打印是預(yù)先建模再打印出成品，而4D打印的邏輯，是把產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過3D打印機(jī)嵌入可以變形的智能材料中，在特定時(shí)間或激活條件下，無需人為干預(yù)，也不用通電，便可按照事先的設(shè)計(jì)進(jìn)行自我組裝。4D打印是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，它的創(chuàng)新在于“變”。
28歲的建筑設(shè)計(jì)師、計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯凱拉·蒂比茨是4D打印研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他在麻省理工學(xué)院的自我組裝實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)750升的大魚缸，足以養(yǎng)活一頭鯊魚。他發(fā)明的4D打印機(jī)目前還只能在水里工作。據(jù)蒂比茨介紹，4D打印技術(shù)背后的核心是自我組裝技術(shù)，而這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在納米級上應(yīng)用多年。“自我折疊的蛋白質(zhì)的確很酷，但如果把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于建造大橋和高樓，那會(huì)是怎樣？”
蒂比茨先是在生物分子學(xué)教授亞瑟·奧爾森的指導(dǎo)下，通過3D打印技術(shù)配合嵌入式磁鐵，設(shè)計(jì)了一組可以自我組裝的零件，只需用力晃動(dòng)燒杯，杯中的零件就像有了意識一樣，自動(dòng)組裝成一個(gè)脊髓灰質(zhì)炎病毒的3D模型。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了4D打印技術(shù)的可行性，但是搖晃燒杯實(shí)在是太耗費(fèi)體力了。
幾個(gè)月后，蒂比茨見到了世界最大的3D打印機(jī)生產(chǎn)商Stratasys公司的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他們剛剛發(fā)明了一種可以在水里變形的高分子聚合材料。這種新材料一旦接觸到水，可以延展到自身長度的兩倍。借助設(shè)計(jì)軟件，蒂比茨將可延展和不可延展的兩種材料混合打印到一縷線中，只要將這縷線放入熱水中，用不了多久就可以彎曲變形，構(gòu)成麻省理工學(xué)院的縮寫“MIT”。在第二次實(shí)驗(yàn)中，他又加入了更復(fù)雜的算法和設(shè)計(jì)，使得放入水中的線彎曲成立方體，展現(xiàn)出3D的效果。
對于蒂比茨來說，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)取得了重大突破。設(shè)想這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到地下排水系統(tǒng)，4D打印機(jī)可以建造出收縮自如的排水管道。當(dāng)颶風(fēng)來臨時(shí)，管道可以變得更大利于排水，當(dāng)洪峰過去后，管道又縮回原來的大小。不僅如此，這些管道還可以根據(jù)需要彎曲、扭動(dòng)、變形，而不用擔(dān)心破裂。在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，這種管道甚至可以自我組裝和修復(fù)。
