據(jù)最新一期《自然·通信》報道，美國德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校(UTA)研究人員開發(fā)出一種新方法，可對二維(2D)水凝膠進(jìn)行編程，使其以空間和時間可控的方式進(jìn)行擴(kuò)展和收縮，形成復(fù)雜的3D形狀，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動。

研究人員表示，該技術(shù)可能改變?nèi)嵝怨こ滔到y(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計和制造方式，其潛在應(yīng)用包括仿生柔性機(jī)器人、人造肌肉(柔性材料可改變其形狀或像人體肌肉那樣響應(yīng)外部信號而移動)以及可編程的物質(zhì)。

UTA團(tuán)隊使用溫度敏感、具有局部擴(kuò)張和收縮率的水凝膠，并利用數(shù)字光4D(3D加時間)打印方法對水凝膠進(jìn)行空間編程，使其響應(yīng)溫度變化膨脹或收縮。通過這種方法，研究人員可在一個步驟中同時打印多個3D結(jié)構(gòu)，然后使用數(shù)學(xué)方法對結(jié)構(gòu)的收縮和膨脹進(jìn)行編程，形成3D形狀(如馬鞍狀、皺褶和錐體)及其方向。

研究人員還開發(fā)了基于模塊化概念的設(shè)計規(guī)則，以創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括具有編程順序運(yùn)動的仿生結(jié)構(gòu)，這使得形狀更為動態(tài)以便在空間中移動。研究人員還可控制結(jié)構(gòu)改變形狀的速度，從而創(chuàng)建出更為復(fù)雜的類似于魚兒水中游的連續(xù)運(yùn)動。

研究人員稱，與傳統(tǒng)的增材制造不同，數(shù)字光4D打印方法允許同時打印多個定制設(shè)計的3D結(jié)構(gòu)。最重要的是，該方法非�？欤�打印時間不到60秒，因此具有高度可擴(kuò)展性。UTA創(chuàng)建的可編程3D結(jié)構(gòu)方法有望為生物機(jī)器人和組織工程開辟許多新途徑，該方法的應(yīng)用速度和可擴(kuò)展性將使其成為未來研究和應(yīng)用開發(fā)的獨(dú)特工具。

水凝膠，一種能吸收并保持大量水分又不會溶解于水的親水性網(wǎng)狀高分子溶脹體。我們平時吃的果凍，敷的部分面膜，都跟它有關(guān)。在科研人員的“圣手”下，它成了一種聰明的材料，能隨著時間的變化，自動變?yōu)樗�需的形狀�?D打印方法速度快、可擴(kuò)展性強(qiáng)，給能72變的水凝膠更多施展身手的空間。它可以植入人體器官組織，可以用來制造生物機(jī)器人，在人體內(nèi)完成復(fù)雜任務(wù)后，它還能悄無聲息地功成身退。雖然這些都還處在實(shí)驗性概念階段，但也進(jìn)一步彰顯了4D打印的革命性潛力。

(新媒體責(zé)編：wb001)