Умные метаматериалы, напечатанные на 4D, могут быть жесткими как древесина или мягкими как губка

4D печать основана на технологии аддитивного производства, с одним большим отличием: она использует специальные материалы и сложные дизайны для печати объектов, которые меняют форму в зависимости от условий окружающей среды, таких как температура, выступающая в качестве триггера, сказал старший автор Howon Lee, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники. Время - четвертое измерение, которое позволяет им превращаться в новую форму.

«Мы считаем, что это беспрецедентное взаимодействие материаловедения, механики и 3D-печати откроет новый путь к широкому спектру увлекательных приложений, которые улучшат технологии, здоровье, безопасность и качество жизни», - сказал Ли.

Инженеры создали новый класс «метаматериалов», которые спроектированы так, чтобы иметь необычные и противоречивые свойства, которых нет в природе.

Ранее форма и свойства метаматериалов были необратимыми после их изготовления. Но инженеры Rutgers могут настраивать свои пластмассовые материалы под воздействием тепла, поэтому они остаются твердыми при ударе или становятся мягкими, как губка, чтобы поглощать удары.

По данным университета, жесткость можно регулировать более чем в 100 раз при температурах от комнатной температуры (73 градуса) до 194 градусов по Фаренгейту, что обеспечивает отличный контроль амортизации. Материалы могут быть изменены для самых разных целей. Они могут быть временно преобразованы в любую деформированную форму и затем возвращены к их первоначальной форме по требованию при нагревании.

Видео ниже показывает, как умные материалы с 4D-печатью могут изменяться от жестких к мягким, а также изменять форму.

Материалы могут использоваться в крыльях самолетов или беспилотников, которые меняют форму для улучшения характеристик, и в легких конструкциях, которые разрушаются для космических запусков и преобразуются в космосе для более крупных конструкций, таких как солнечные панели.

Мягкие роботы, сделанные из мягких, гибких и прорезиненных материалов, вдохновленных осьминогом, могут иметь переменную гибкость или жесткость, которые приспособлены к окружающей среде и задаче. По словам Ли, крошечные устройства, вставленные или имплантированные людям для диагностики или лечения, могут быть временно сделаны мягкими и гибкими для минимально инвазивного и менее болезненного введения в организм.

Их исследование опубликовано в журнале Materials Horizons .