隨著科技的發(fā)展，3D打印讓人們可以輕松完成對(duì)于想象中物體的制作。比如說(shuō)，你可以利用3D打印機(jī)“打”出一個(gè)飛機(jī)模型。但你聽說(shuō)過(guò)4D打印嗎？和3D相比，這種更高級(jí)的技術(shù)除了有“長(zhǎng)寬高”這些立體的三維結(jié)構(gòu)，還增加了一個(gè)所謂的“時(shí)間線”。一旦它進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活，很多科幻電影里才有的場(chǎng)面就會(huì)出現(xiàn)在你的面前。
如果椅子能夠自我變形
思凱勒·蒂比茨是麻省理工自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)始人，今年2月他在加利福尼亞長(zhǎng)灘島舉行的TED會(huì)議上公布了他們所研發(fā)的4D打印技術(shù)。消息一出，整個(gè)業(yè)界為之沸騰，連帶著相關(guān)高科技材料的股票也出現(xiàn)暴漲。
什么是4D打印？聽起來(lái)它只是比3D打印多了一個(gè)數(shù)字，但實(shí)際上卻是完全不同的概念。“3D打印要預(yù)先建模、掃描，然后用相應(yīng)的材料按照之前的計(jì)劃完全復(fù)制。”蒂比茨說(shuō)，“4D打印則是直接將想要的性狀輸入材料當(dāng)中，然后物體會(huì)‘自動(dòng)’出現(xiàn)，不需要任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。”
這聽起來(lái)很玄妙，事實(shí)上做起來(lái)也是如此。非物理學(xué)、材料學(xué)以及計(jì)算機(jī)學(xué)專業(yè)的人會(huì)暈頭轉(zhuǎn)向，但如果換一種方式解釋呢？工程軟件開發(fā)商“歐特克”（Autodesk）一直以來(lái)都在研究4D打印技術(shù)，他們的首席研究科學(xué)家卡羅·奧古因打了個(gè)比方：“想象一下你從宜家買回來(lái)一張椅子，將它放在房間，然后它會(huì)自動(dòng)組裝，這就是4D打印。”
靈感來(lái)自生物自我復(fù)制
麻省理工的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室一直都對(duì)生物的自我復(fù)制感興趣，蒂比茨更是如此。早在2011年參加TED會(huì)議時(shí)，他就談到了自己對(duì)于未來(lái)制造業(yè)的期待。“我相信機(jī)器和建筑很快就能夠自我組裝、復(fù)制以及修復(fù)，因?yàn)檫@是自然系統(tǒng)的內(nèi)在能力。”
“在當(dāng)前的制造業(yè)中，我們可以用兩年半時(shí)間修建一座有50萬(wàn)甚至上百萬(wàn)個(gè)部件組成的摩天大樓。這是非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，使用了最先進(jìn)的鋼鐵、混凝土以及玻璃。我們還可以用5年時(shí)間來(lái)制造令人激動(dòng)的航天器，它們有250萬(wàn)個(gè)組成部分。”這些都是了不起的成就，但是和自然系統(tǒng)相比呢？“我們有200萬(wàn)種類型的蛋白質(zhì)，它們能在一萬(wàn)納秒（時(shí)間單位，即一秒的10億分之一）內(nèi)折疊起來(lái)。而在大約1小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，30億個(gè)堿基對(duì)會(huì)進(jìn)行DNA復(fù)制。”
經(jīng)過(guò)這樣的比較，蒂比茨說(shuō)人類的能力顯得相當(dāng)渺小，“可是如果能夠?qū)W會(huì)自然系統(tǒng)的規(guī)律，那我們構(gòu)建事物的方式就會(huì)變得無(wú)比高效。”
解碼和材料選擇是關(guān)鍵
如今，蒂比茨和他的實(shí)驗(yàn)室真的帶來(lái)了4D打印的概念和顯示作品，并在今年的TED會(huì)議時(shí)演示了這一技術(shù)。在視頻當(dāng)中，他“打印”出一條“繩子”。之后，這根“繩子”自己扭成了一個(gè)立方體。這只是眾多復(fù)雜步驟中的一個(gè)，如果有10萬(wàn)條“繩子”的話，它們會(huì)變成更加復(fù)雜的東西。
根據(jù)科技博客“Geek”的解釋，4D打印的關(guān)鍵不在于最終能夠生成什么，而是在過(guò)程中的“形變”。“4D打印中的第四個(gè)維度是‘自主組裝’，”文章寫道，“但歸根結(jié)底還是‘時(shí)間’，因?yàn)榻M裝過(guò)程是在打印之后發(fā)生的。物體被打印出來(lái)，然后跟某種介質(zhì)接觸，產(chǎn)生預(yù)設(shè)反應(yīng)。在蒂比茨的實(shí)驗(yàn)中，水是形變的介質(zhì)。”
當(dāng)然，不是所有材料和水接觸后都能完成“自主組裝”，解碼和材料選擇是關(guān)鍵。蒂比茨將想要制作的內(nèi)容進(jìn)行解碼，這是一種類似于解析人類DNA序列的逆向工作。然后，他選擇普通塑料和一種活性物質(zhì)（蛋白質(zhì)），將解碼后的序列植入其中。接下來(lái)奇跡就出現(xiàn)了，這些帶著“智慧”的物質(zhì)會(huì)按照設(shè)想發(fā)生形變，“它們可以扭轉(zhuǎn)120度、負(fù)120度，直至到達(dá)最精確的位置。”