4D打?。?/span>4D printing）這個概念，最早是由麻省理工學院（MIT）Skylar Tibbits在2013年的一次TED大會的演講中提出來的。指的是一種可以通過預先設(shè)定的程序或步驟進行自我組裝，形成3D結(jié)構(gòu)的材料。迄今為止，我們已經(jīng)看到了一些具有簡單自我改變能力的4D對象。

然而近日，來自佐治亞理工學院（ Georgia Institute of Technology）和新加坡技術(shù)和設(shè)計大學（SUTD）的科學家們將這一處于起步階段的技術(shù)研究向前推進了一大步，他們開發(fā)出了一種新的4D技術(shù)，該技術(shù)只需一種刺激即可實現(xiàn)創(chuàng)建復雜的自我折疊結(jié)構(gòu)。而且這種具有4D能力的部件可以由幾種具有形狀記憶能力的智能材料組成，每種材料對熱的反應(yīng)都稍有不同。當這種4D部件暴露于單一來源的熱輻射之下時，會發(fā)生精確和具有先后時間順序的移動，并生成三維結(jié)構(gòu)，與此同時各個部分之間并不會產(chǎn)生碰撞或沖突。

“以前的研究努力主要集中在將多個加熱器分別放在特定區(qū)域，然后控制各個加熱器的接通和斷開時間，從而使對象按順序產(chǎn)生形變。這種早期方法基本上自始至終都需要控制對整個對象熱量的施加，十分復雜。我們對這種方法進行了改進，使它在更容易實現(xiàn)的具有均勻溫度的空間里發(fā)生，然后利用不同材料的能力，通過分子設(shè)計內(nèi)部控制其形狀改變速度?！弊糁蝸喞砉W院的Jerry Qi教授稱。

下面的視頻中展示了一個平面物體在被浸入溫水中之后變身為一個互鎖的立方體盒子的過程：

視頻中的這個測試對象是研究團隊用智能形狀記憶聚合物（SMPs）打印而成的，這種SMP材料經(jīng)過了分子層面的編程，一開始是一種形狀，但是一旦被施加一個單一的熱源，即可自動變形為第二種特定的形狀。在這個實驗中，研究團隊將多個材料一起3D打印，創(chuàng)造出一種復雜自組裝的可控序列。而且研究人員巧妙利用了不同SMP材料對于溫水的反應(yīng)差別，使得各個部分的動作按順序進行，不至于互相碰撞。

佐治亞理工學院的博士后Yiqi Mao托著的就是用形狀記憶聚合物3D打印的可自組裝4D結(jié)構(gòu)

除了這個自組裝的盒子之外，研究人員還創(chuàng)建了一個有趣的裝置，它一開始是一個扁平的帶子，在變形之后一端卷了起來，然后將自己穿入了一個鎖孔。據(jù)了解，該4D技術(shù)可以同時將多達10個不同的材料融入3D結(jié)構(gòu)。研究小組目前正在結(jié)合SMP材料進行實驗，希望能夠制造出類似于軟機器人能夠在三維空間連續(xù)自主移動的4D對象。

該研究團隊成員包括論文的共同作者：Martin L. Dunn, H. Jerry Qi, Yiqi Mao以及另外來自佐治亞理工研究人員Kai Yu、Michael Isakov和Jiangtao Wu。這個項目的研究資金來自美國空軍辦公室、美國國家科學基金會和新加坡國立研究基金會（通過SUTD）。

研究人員們認為，這項技術(shù)可以用于制造開發(fā)那些初始狀態(tài)像板材一樣便于運輸和儲藏，但是在使用時又轉(zhuǎn)化為另一種功能狀態(tài)的產(chǎn)品。甚至可以用于一些復雜的多用途無人機，這種無人機可以根據(jù)需要變形為陸上或海上的裝置，簡單地說，就是變形金剛與之相比都弱爆了。