4D printing: Το μέλλον θα τυπώνεται μόνο του

Ένα εργαστήριο στο ΜΙΤ μεταμορφώνει ήδη τις κατασκευές προσθέτοντας την 4η διάσταση στο 3D printing

Όταν ο καθηγητής του ΜΙΤ, Skylar Tibbits, αναφέρθηκε για πρώτη φορά στο 4D printing, οι περισσότεροι χαμογέλασαν ειρωνικά. Ακόμη και οι άνθρωποι του κλάδου αντιμετώπισαν με επιφυλάξεις τα υπερφιλόδοξα πλάνα του Αμερικανού σχεδιαστή και ακαδημαϊκού.  Ήταν άλλωστε μια περίοδος που το 3D printing έκανε τα πρώτα, νηπιακά ακόμη βήματα.

Ο Skylar Tibbits, όμως, δεν έμεινε σε θεωρητικές διακηρύξεις, αλλά προχώρησε ένα βήμα (ή μάλλον, αρκετά βήματα) παρακάτω, ιδρύοντας το Self-Assembly Lab στο Massachusetts Institute of Technology, με την υποστήριξη των εταιρειών του κλάδου Stratasys και Autodesk.

Στις προγραμματικές διακηρύξεις του νέου εργαστηρίου περιλαμβανόταν η διερεύνηση των ορίων της εκτύπωσης σε τρεις διαστάσεις με την προσθήκης της τέταρτης διάστασης, που δεν είναι άλλη από τον χρόνο. Η εισαγωγή του concept της αυτο-συναρμολόγησης ή της εξέλιξης και μετασχηματισμού (της ύλης) των αντικειμένων στον άξονα του χρόνου για πρακτικούς λόγους ονομάζεται 4D printing.

Video credit: TED

Τι ακριβώς είναι το 4D Printing

Πρόκειται για μια εκτυπωτική (ή για να είμαστε ακριβείς, κατασκευαστική) διαδικασία που επιτρέπει τη δημιουργία αντικειμένων κάθε είδους με τη χρήση προσαρμόσιμων έξυπνων υλικών. Ουσιαστικά, περιγράφει τόσο την αρχική κατασκευή ή εκτύπωση, όσο και τη διαδικασία μετασχηματισμού ενός σχήματος από μια κατάσταση σε άλλη.

Η μετατροπή ενός ψηφιακού σχεδίου στον υπολογιστή σε πλήρως λειτουργικό φυσικό αντικείμενο γίνεται με τη λογική του 3D printer: εκτυπώνεται σε πολλαπλές στρώσεις. Η βασική διαφορά, βέβαια, της συγκεκριμένης τεχνολογίας είναι ότι αξιοποιεί ειδικά υλικά τα οποία έχουν τη δυνατότητα να «προγραμματίζονται» ώστε να αλλάζουν το σχήμα και τη μορφή του εκτυπωμένου αντικειμένου σύμφωνα με τις επιλογές σας.

Photo credit: University of Wollongong

Καλή η θεωρία, αλλά τι τι θα κατασκευάζουν οι 4D printers;

Οι εφαρμογές του 4D printing είναι πολυάριθμες και περιλαμβάνουν προϊόντα που προσαρμόζονται πλήρως στις απαιτήσεις των χρηστών ή στις εκάστοτε συνθήκες και περιβαλλοντικές αλλαγές (θερμότητα, άνεμος, νερό, ηλεκτρικά ρεύματα κ.ά.) Και αναφερόμαστε σε κάθε είδους αντικείμενα: υφάσματα, ηλεκτρονικές συσκευές, ρομποτικούς μηχανισμούς, ιατρικά εμφυτεύματα έως και μέρη οχημάτων, διαστημοπλοίων.

Οι 4D printers στο μέλλον θα μπορούσαν επίσης να κατασκευάζουν αντικείμενα εκτός σημερινών δεδομένων, όπως κτίρια που προσαρμόζονται στις καιρικές συνθήκες. Ή διαστημικές βάσεις που δεν απαιτούν ανθρώπινη παρέμβαση, καθώς θα αυτό-κατασκευάζονται και θα προγραμματίζονται ώστε να λαμβάνουν συγκεκριμένα σχήματα, αξιοποιώντας απλώς τις ιδιότητες των υλικών τους.

Ο Skylar Tibbits αναφέρεται σε αναρίθμητες εφαρμογές των προγραμματιζόμενων υλικών, που θα μπορούν να προσαρμόζονται σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα, βάσει της θερμοκρασίας, της υγρασίας, της πίεσης, του ήχου ή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ως παράδειγμα αναφέρει τα εμπορευματοκιβώτια που θα μπορούν να μεταφέρονται συσκευασμένα σε επίπεδη διάσταση και με ένα απλό ερέθισμα να αποκτούν την πλήρη διάστασή τους. Αναφέρει επίσης ότι τα υλικά θα επιτρέπουν την αυτόματη επισκευή του αντικειμένου ή την ανακύκλωσή του χωρίς ανάγκη ανθρώπινης παρέμβασης.

Πότε θα δούμε 4D printers;

Οι εμπορικές εκδόσεις των 4D εκτυπωτών μάλλον θα καθυστερήσουν να φτάσουν στο εμπόριο. Για τα επόμενα, πιθανόν αρκετά, χρόνια εκτιμάται ότι η εκτύπωση τεσσάρων διαστάσεων θα αξιοποιείται σε εργαστήρια και κέντρα έρευνας και ανάπτυξης. Ενδεχομένως, να δοκιμαστεί σύντομα σε βιομηχανικά και κατασκευαστικά περιβάλλοντα, αλλά προς το παρόν υπάρχουν βασικά ζητήματα που πρέπει να λυθούν προκειμένου να προχωρήσει και να αποκτήσει μαζικό χαρακτήρα η τεχνολογία.

Εκτός από το ΜΙΤ, ήδη αρκετά ιδρύματα και ερευνητικά κέντρα διερευνούν τις δυνατότητες του 4D printing και των έξυπνων υλικών. Για παράδειγμα, το εξειδικευμένο εργαστήριο Wyss του Harvard, το κέντρο σχεδιασμού και κατασκευών του τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης, το Πανεπιστήμιο του Wollongong στην Αυστραλία κ.ά.

Photo credit: MIT/ WYSS/ sutd