Po 3D tlači už aj 4D tlač, pozrime sa čo to je

Tím vedcov z Wyssovho inštitútu biologicky inšpirovaného inžinierstva pri Harvardovej univerzite vyvinul novú technológiu 3D tlače na mikroúrovni, do ktorej pridal ako štvrtú dimenziu čas. Vedci čerpali inšpiráciu z prírodných štruktúr, konkrétne z botaniky. Podobne ako rastliny menia svoju podobu v priebehu času a v súlade s ekologickými podnetmi, aj nový 4D tlačený hydrogél pozostáva z kompozitných štruktúr, ktoré menia tvar po ponorení do vody.

Podľa Jennifer Lewisovej, hlavnej autorky štúdie zverejnenej v časopise Nature Materials, táto práca predstavuje značný pokrok v oblasti programovateľných materiálov, umožnený multidisciplinárnym prístupom.

Nový materiál napodobňuje zmeny tvaru, ku ktorým dochádza v rôznych častiach rastliny, ako sú úponky, listy či kvety, v reakcii na environmentálne podnety, ako je vlhkosť či teplota. Ako príklad možno spomenúť tzv. termonastie tulipánov, ktorých kvety sa otvárajú a zatvárajú podľa teploty.

4D tlačený hydrogélový kompozit obsahuje celulózové vlákna, ktoré umožňujú zmenu tvaru. Táto substancia po ponorení do vody môže napučať, ale vďaka anizotropnému charakteru celulózových vlákien iba po dĺžke (to je aj dôvod, prečo môžeme ľahšie rozťať drevo pozdĺž vlákna ako naprieč ním). Tím vypracoval proprietárny matematický algoritmus, ktorý predpovedá, ako musí byť objekt 4D tlačený, aby po ponorení do vody dosiahol požadovaný tvar. Matematický model určuje tlačovú dráhu potrebnú na dosiahnutie požadovaného tvaru  pri transformačnej reakcii.

Na demonštráciu Lewisová a jej kolegovia vytlačili štruktúry podobné kvetom orchideí, do ktorých pridali fluoreskujúcu farbu, aby kvety efektne svietili.

Kompozitný atrament, ktorý tím používa, prúdi okolo tlačovej hlavy ako tekutina, ale po vytlačení rýchlo stuhne. Použiť možno rôzne hydrogélové materiály, čo má za následok rozličné správanie v reakcii na podnety. Takisto vlákna celulózy sa dajú nahradiť podľa výberu iným anizotropným plnivom vrátane vodivých plnív.

Nová metóda 4D tlače môže nájsť uplatnenie v oblasti inteligentných textílií, mäkkej elektroniky, biomedicínskych prístrojov či tkanivového inžinierstva pri vývoji náhradných orgánov.

Zdroj: Itnews, wyss.harvard.edu