MIT phát triển "công nghệ in 4D" nhằm tạo nên các vật thể có thể biến hình sau khi in ra

Bằng cách sử dụng kỹ thuật mới mang tên in 4D, các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Massachusetts (MIT) có thể in ra những cấu trúc 3D động với khả năng thay đổi hình dạng theo thời gian. Các vật thể in 4D hứa hẹn sẽ được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực phục vụ con người, từ các thiết bị cấy ghép y học cho đến đồ gia dụng trong nhà.

Cấu trúc in 4D có thể biến đổi hình dạng​

Kỹ thuật in 3D đã được phát triển từ 3 thập kỷ trước và cho đến nay, nó không chỉ được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp mà còn dần len lỏi đến các hộ gia đình với giá thành mỗi cỗ máy in chỉ từ dưới 1000 đô la. Công nghệ in 3D hiện tại có thể tạo ra các món đồ từ nhiều vật liệu khác nhau, từ nhựa, gốm, thủy tinh, kim loại và thậm chí kà các loại thực phẩm hoặc tế bào sống. Về cơ bản, máy in hoạt động bằng cách in nhiều lớp vật liệu chồng lên nhau, các lớp phẳng sẽ chồng chất lên nhau và tạo ra cấu trúc trong không gian 3D.

Chưa dừng lại ở đó, các nhà nghiên cứu muốn đưa các sản phẩm in 3D lên một cấp độ mới, khiến nó linh hoạt và hữu dụng hơn nữa. Cụ thể, họ muốn cấu trúc sau khi in có thể chuyển đổi được theo các hình thù được lập trình trước, tương ứng với các kích thích của môi trường mà nó hoạt động. Đó cũng chính là kỹ thuật tạm gọi là "in 4D" do các nhà nghiên cứu tại MIT phát triển.

Dan Raviv, nhà toán học tại MIT và cũng là người dẫn đầu nghiên cứu cho biết: "Hiện tại, công nghệ in 3D có thể tìm thấy không chỉ trong nhà máy mà còn xuất hiện trong các hộ gia đình. Bạn có thể in gần như mọi thứ, không chỉ là các hình ảnh 2D mà là tất cả các đồ vật thực sự, từ đồ chơi, đồ da dụng và dụng cụ hàng ngày. Tất cả đều có thể đặt bản vẽ qua mạng, tự vẽ và tự sản xuất ngay trong nhà." Và có thể trong tương lai, in 4D sẽ kế thừa và phát huy những gì mà in 3D đã làm được.

Trong báo cáo đăng tải trên tạp chí Scientific, nhóm nghiên cứu đã giải thích phương pháp hoạt động của kỹ thuật in mới nói trên. Về cơ bản, họ dùng 2 loại vật liệu với tính chất khác nhau để tạo nên 1 cấu trúc 3D duy nhất. 1 loại vật liệu vẫn là nhựa cứng, được dùng như khung xương của vật thể. Trong khi đó, loại vật liệu còn lại có tính hút nước cao, và có thể nở ra gấp đôi khi gặp nước. Công thức chính xác của loại vật liệu hút nước này được phát triển bởi công ty in 3D Stratasys và cho đến nay nó vẫn còn là bí mật.

Trong 1 thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã in ra 1mạng lưới hình vuông với chiều dài mỗi cạnh khoảng 38 cm. Khi họ đặt cấu trúc vào nước, loại vật liệu hút nước sẽ hoạt động như những khớp nối có thể kéo dãn và gấp lại, cho phép toàn bộ vật thể có thể biến đổi thành nhiều hình dạng phức tạp hơn so với ban đầu. Trong 1 ví dụ khác, các nhà nghiên cứu tạo nên các chữ cái MIT bằng loại vật liệu này và sau đó, "bắt" nó chuyển thành hình chữ SAL khi cho vào nước.

Raviv cho biết: "Trong tương lai, chúng ta sẽ có rất nhiều ứng dụng. Kỹ thuật này có thể tạo nên các thiết bị biến đổi theo nhiệt độ nhằm cải thiện tính năng và tạo sự thoải mái cho người dùng. Một thí dụ dễ thấy nhất là chế tạo các sản phẩm chăm sóc trẻ em có thể phản ứng với nhiệt độ hoặc độ ẩm, nó còn có thể được dùng để chế tạo quần áo và giày dép có khả năng cảm biến được môi trường xung quanh. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã có thể in các bộ phận để cấy ghép vào cơ thể. Với kỹ thuật in 4D, chúng ta sẽ tạo nên các cấu trúc có thể biến đổi hình dạng và chức năng ngay bên trong cơ thể mà không cần sự can thiệp từ bên ngoài."

Một ứng dụng khác trong y học là dùng kỹ thuật này để chế tạo stents động mạch trong tim mạch can thiệp. Ravid chia sẻ: "Chúng tôi muốn in ra các bộ phận có thể tồn tại suốt đời bên trong cơ thể nếu cần thiết." Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển để in ra các cấu trúc lớn hơn hoặc nhỏ hơn hiện tại. "Hiện tại, chúng tôi đã có thể tạo ra các cấu trúc với kích thước vài cm. Đối với những vật sẽ cấy ghép vào cơ thể ngươi, kích thước phải giảm xuống từ 10 đến 100 lần.Nhưng đối với các món đồ gia dụng, kích thước phải lớn hơn từ 10 lần trở lên.

"Tuy nhiên, Ravid cũng cho biết rằng thách thức lớn nhất của nghiên cứu trong thời gian tới là tìm ra được loại vật liệu in 4D thích hợp. Các mẫu thử nghiệm chỉ có thể biến đổi được trong số lượng chu kỳ có giới hạn, sau khi ướt - khô, gấp và mở vài chu kỳ, loại vật liệu trên sẽ mất đi khả năng thay đổi hình dạng như ban đầu. Do đó, họ muốn nhanh chóng tìm được loại vật liệu thích hợp để để có thể hoạt động lâu dài, đồng thời còn có phản ứng với nhiệt hoặc ánh sáng nhằm có thể sử dụng trong nhiều tình huống thực tế hơn.

Theo Tinhte.vn