前沿科技：采用智能记忆材料的复杂4D结构可实现完美自组装

4D打印的概念最早是由麻省理工学院（MIT）的Skylar Tibbits在2013年的Ted演讲中提出的。它指的是一种可以通过预编程，在一定条件刺激下能够从初始形态自动“变身”成另一种形态的超级材料。到目前为止，一些简单的4D物体已经被制作出来了，但更复杂的结构却还没有实现，因为相关的研究普遍认为，它们需要用于特定时间间隔的多种类刺激才能实现。

不过这种想法已经被证明是错误的了，因为最近，佐治亚理工学院（GIT）和新加坡技术大学的研究者们开发出了一种更为高级的4D技术，只需单一种类的刺激，比如热量，就能实现4D物体的完美自折叠。

简单的4D结构

据中国3D打印专业媒体平台南极熊了解，这些4D部件之所以如此神奇是因为它们由多种对热量反应各不相同的智能形状记忆材料组成的。当暴露在单一热源下的时候，这些材料便会精确地按照时间顺序做出动作，在不发生相互碰撞的情况下逐渐形成3D结构。

“在这之前，研究的主要内容是将多个加热器布置到一个部件的特定区域，然后控制每个加热器的开关时间，从而令部件按照一定顺序形成3D结构。这种方法不仅需要几乎每时每刻都在时间和空间上控制对整体的热量施加，而且实现起来非常复杂。我们对此做出了改进，使用了更及操作的空间均匀性温度，然后利用不同材料的能力，通过它们的分子设计实现了对形状变化速率的控制。”佐治亚理工学院机械工程系的Jerry Qi教授表示。下面的图片就显示了一个采用新方法，使用智能形状记忆聚合物（SMPs）制成的4D平面在放入热水中自动变形为一个自锁立方体的过程，以及各个部分运动的顺序：

在上面的过程中，热水就是单一的热源，而立方体的各个部位则是由对热量反应不同的SMPs通过3D打印技术制成的。所以它们可以按照时间顺序先后运动，在不发生相互阻挡的情况下最终自折叠成既定的3D实体。

在研究人员看来，这种全新的4D技术可以用于制造那些需要方便运输的物体。它们最初的形态可能就如同上面的实验品一样是一个平面，需要使用时只要施加合适的刺激就会自动转化为3D形态。便携式庇护所，支架一类的移动式医疗设备，简单的机械，以及互动玩具都可以是它的应用项目。研究人员甚至还想到了无人机。如果采用了4D技术，这些机械就能根据实际需要自动变形为可适应当地条件的形态。

看完这些，你一定感觉到了科技的神奇和强大对不对。也许在不远的将来，你的许多日常用品都将是由4D技术制造的，而它们将为你的生活带来前所未有的便利。

via 3dprint & 3ders