Overweeg het scala aan mogelijkheden van 4D-geprinte materialen die onderwater transformeren, of vezels die in een bepaalde vorm klikken wanneer ze uit een vlak paneel worden gesneden, of stuifzand in de oceaan overhalen om kunstmatige eilanden te bouwen, en je zult een idee hebben van de omvang van het onderzoek dat Skylar Tibbits, MIT universitair hoofddocent ontwerpend onderzoek bij de afdeling Architectuur, nastreeft.

Tibbits' Self-Assembly Lab aan het MIT demonstreerde, door middel van studies in een watertank die oceaancondities simuleert, dat specifieke geometrieën zelforganiserende zandbanken en stranden zouden kunnen genereren. Om deze aanpak in de echte wereld te testen, het lab voert momenteel veldexperimenten uit op basis van hun laboratoriumwerk met een groep genaamd Invena op de Malediven - een keten van eilanden, of atollen, in de Indische Oceaan, waarvan vele het risico lopen op erosie en, in het slechtste geval, onderdompeling door de stijgende zeespiegel.

Wind en golven vormen van nature zandbanken in de oceaanomgeving en vegen ze net zo natuurlijk weg. Het idee van het Malediven-project is om de kracht van golven en hun interactie met speciaal geplaatste onderwaterblazen te benutten om zandophoping te bevorderen waar dit het meest nodig is om kusten te beschermen tegen overstromingen, in plaats van landbarrières te bouwen die onvermijdelijk worden weggesleten of overweldigd.

Zand alleen kan de duurzaamheid van deze 'geleide' eilanden niet garanderen, dus het Self-Assembly Lab hoopt vegetatie op te nemen in toekomstige inspanningen, puttend uit klassieke motieven van landschapstechniek, zoals mangrovebossen die een ecosysteem verankeren. "In de blazen onder water, je zou ze kunnen zaaien met vegetatie om ze te laten blijven, " Tibbits zei in een presentatie op de onderzoeks- en ontwikkelingsconferentie van het MIT Industrial Liaison Program op 13 november.

Tibbits besprak ook zijn samenwerkingen op het gebied van "4-D printing, " objecten die zijn gevormd door multi-materiaal 3D-printen maar ontworpen om in de loop van de tijd te transformeren, of die transformatie wordt geactiveerd door mechanische spanning, waterabsorptie, blootstelling aan licht, of een ander mechanisme. Een methode om aanpasbare materialen te maken, is door twee verschillende materialen te combineren die met verschillende snelheden uitzetten of krimpen. In samenwerking met Stratasys en Autodesk, hij ontwierp een enkele streng materiaal die, zodra het in water wordt ondergedompeld, vouwt zichzelf in de letters M-I-T.

Werken met BMW, het Self-Assembly Lab ontwierp siliconen kussenclusters die 3D-geprint zijn in vloeistof en cel voor cel kunnen worden opgeblazen, waardoor hun algehele vorm verandert, stijfheid, of beweging. Dit materiaal zou de basis kunnen vormen voor een comfortabelere stoel die zich aanpast aan de individuele passagiers.

Het Self-Assembly Lab doet actief textielonderzoek in samenwerking met Ministry of Supply, vezelextrusie gespecialiseerd bedrijf Hills Inc., de Universiteit van Maine, en Iowa State University. Tot dusver, de groep heeft truigarens geproduceerd die kunnen worden verwarmd om zich aan te passen aan de lichaamsvorm van een individuele drager, met een langetermijndoelstelling om klimaatadaptief textiel te produceren. Dit werk wordt gedeeltelijk gefinancierd door Advanced Functional Fabrics of America, en dat deel van het onderzoek wordt beheerd via het Materials Research Laboratory.

Het Self-Assembly Lab ontwikkelde ook een methode om vloeibaar metaal in 3D te printen tot poeder, waardoor volledig gevormde onderdelen ontstaan ​​die uit het poeder kunnen worden getild. De onderdelen zijn gemaakt van een materiaal dat opnieuw kan worden gesmolten om nieuwe onderdelen te vormen.

Op koolstof gebaseerde materialen gebruiken in een project voor Airbus, het Self-Assembly Lab ontwikkelde dunne bladen die zichzelf kunnen vouwen en krullen om de luchtstroom naar de motor te regelen. Het "programmeerbare" koolstofwerk werd uitgevoerd met Carbitex LLC, Autodesk, en MIT's Center for Bits and Atoms.

Voor een stoelenproject met Biesse en Wood-Skin, het Self-Assembly Lab ontwierp een kleine tafel die 3D-geprinte houtvezelpanelen en voorgespannen textiel combineert. De tafel kan plat verzonden worden, spring dan in verschillende arrangementen vanwege de flexibiliteit van het textiel.

Door 3D-printen van een stijver materiaal in een cirkelvormig patroon op een plat gaas, bijvoorbeeld, de onderzoekers toonden aan dat het uitsnijden van de cirkel uit het platte vlak ervoor zorgt dat deze in een hyperbolische paraboolvorm springt. De onderzoekers zijn onder meer MIT-computerwetenschapsprofessor Erik Demaine; Christoffel Guberan, een bezoekende productontwerper uit Zwitserland; en David Costanza MA '13, SM '15.

Tibbits werkte samen met Steelcase om een ​​proces te ontwikkelen voor het 3D printen van plastic tot vloeistof voor meubelonderdelen, snel vloeibaar printen genoemd. Dit proces drukt af in een gelbad om de geprinte delen te ondersteunen en het effect van de zwaartekracht te minimaliseren. Met deze druktechniek kunnen ze in minuten tot uren centimeter- tot meterschaal onderdelen printen met een reeks hoogwaardige industriële materialen zoals siliconenrubber, polyurethaan, en acryl.

Het gemeenschappelijke thema in al deze verschillende projecten is Tibbits' overtuiging dat de toekomst van industriële productie ligt in de transformerende kracht van het benutten van slimme, programmeerbare materialen. "We willen nadenken over wat komen gaat en kijken of we dat echt kunnen leiden, ' zegt Tibbits.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.