Ученые создали метод управляемой 4D-печати

Сотрудники инженерного факультета Университета Райса (США) разработали способ печати материалов, который позволяет им принимать различные формы под воздействием изменений температуры, электрического тока или давления. Исследователи назвали этот процесс реакционноспособной 4D-печатью.

Первые эксперименты в области создания видоизменяемых конструкций ученые начали еще в 2018 году, однако использование тех же составляющих, что и для 3D-печати, ограничивало разнообразие форм создаваемых конструкций. Преодоление этого ограничения должно стать важным шагом на пути к созданию более практичных материалов.

«Эти материалы смогут видоизменяться автоматически, – говорит Рафаэль Вердаско, ведущий автор исследования. – При разработке метода мы использовали последовательность множественных реакций для печати материала, а затем «диктовали» ему условия для изменения формы. Такой ступенчатый подход позволяет более гибко контролировать исходную и финальную формы, а также печатать сложные конструкции».

Задачей лабораторных исследований было создание жидкокристаллических полимерных «чернил», которые объединят взаимоисключающие химические связи между молекулами. Одни из них отвечают за создание исходной формы, а другие задаются с помощью физической манипуляции над уже созданным материалом. Полученный таким образом объект сможет менять свою форму под воздействием окружающих условий, например, при нагревании или охлаждении.

«Нам пришлось оптимизировать множество параметров, начиная от используемых растворителей и катализаторов и заканчивая степенью набухания и составом чернил. Все это было нужно для того, чтобы чернила застывали достаточно быстро для печати, не мешая при этом появлению необходимой финальной формы», – говорит Морган Барнс, магистрант Университета Райса, соавтор исследования.

Теперь перед учеными стоит другая задача – научиться печатать так называемые свободные конструкции, что позволит создавать пластичных роботов, умеющих плавать как медузы, прыгать как сверчки и транспортировать жидкости как сердце.