Stel je slimme materialen voor die kunnen veranderen van stijf als hout in zo zacht als een spons - en ook van vorm kunnen veranderen.

Ingenieurs van Rutgers University-New Brunswick hebben flexibele, lichtgewicht materialen met 4D-printing die kunnen leiden tot een betere schokabsorptie, morphing vliegtuig of drone vleugels, zachte robotica en kleine implanteerbare biomedische apparaten. Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Materialen Horizons .

3d printen, ook wel additieve fabricage genoemd, zet digitale blauwdrukken om in fysieke objecten door ze laag voor laag op te bouwen. 4D-printen is gebaseerd op deze technologie, met één groot verschil:het maakt gebruik van speciale materialen en geavanceerde ontwerpen om objecten te printen die van vorm veranderen met omgevingsfactoren zoals temperatuur die als trigger fungeert, zei senior auteur Howon Lee, een assistent-professor bij de afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Tijd is de vierde dimensie waarmee ze in een nieuwe vorm kunnen veranderen.

"Wij geloven dat dit ongekende samenspel van materiaalwetenschap, mechanica en 3D-printen zullen een nieuwe weg banen naar een breed scala aan opwindende toepassingen die technologie zullen verbeteren, Gezondheid, veiligheid en kwaliteit van leven, ' zei Leen.

De ingenieurs creëerden een nieuwe klasse van "metamaterialen - materialen die zijn ontworpen om ongebruikelijke en contra-intuïtieve eigenschappen te hebben die niet in de natuur voorkomen. Het woord metamaterialen is afgeleid van het Griekse woord "meta, ' wat 'hoger' of 'verder' betekent.

Eerder, de vorm en eigenschappen van metamaterialen waren onomkeerbaar zodra ze waren vervaardigd. Maar de ingenieurs van Rutgers kunnen hun plastic-achtige materialen afstemmen met warmte, zodat ze stijf blijven wanneer ze worden geraakt of zacht worden als een spons om schokken op te vangen.

De stijfheid kan meer dan 100-voudig worden aangepast bij temperaturen tussen kamertemperatuur (73 graden) en 194 graden Fahrenheit, waardoor grote controle van schokabsorptie. De materialen kunnen worden omgevormd voor een breed scala aan doeleinden. Ze kunnen tijdelijk in elke vervormde vorm worden omgezet en vervolgens bij verhitting in hun oorspronkelijke vorm worden teruggebracht.

De materialen kunnen worden gebruikt in vliegtuig- of dronevleugels die van vorm veranderen om de prestaties te verbeteren, en in lichtgewicht constructies die zijn samengevouwen voor lanceringen in de ruimte en hervormd in de ruimte voor een grotere constructie, zoals een zonnepaneel.

Zachte robots gemaakt van zacht, flexibele en rubberachtige materialen geïnspireerd op de octopus kunnen variabele flexibiliteit of stijfheid hebben die is afgestemd op de omgeving en de taak die voorhanden is. Kleine apparaten die bij mensen worden ingebracht of geïmplanteerd voor diagnose of behandeling, kunnen tijdelijk zacht en flexibel worden gemaakt voor minimaal invasieve en minder pijnlijke inbrenging in het lichaam, zei Lee.