In 4D – Công nghệ thích nghi của tương lai

Kỹ thuật in 4D hứa hẹn sẽ mở ra hướng đi mới với nhiều hỗ trợ tích cực cho nhân loại. Sự phát triển của vật liệu in giờ đây không chỉ cung cấp cho nhân loại những cải tiến xây dựng vượt bậc mà còn tiến xa hơn ở nhiều lĩnh vực như cơ sở hạ tầng, y tế và công nghệ sinh học.

Trong khi khả năng, giới hạn và nguồn cung vật liệu của công nghệ in 3D vẫn đang là khái niệm được khai phá thì kỹ thuật in 4D lại đang dần nhen nhóm như một bước tiến mới. Về cơ bản kỹ thuật in 4D không khác quá nhiều so với in 3D, sự khác biệt đáng kể nằm ở khả năng thay đổi theo thời gian. Vật liệu in khi đã sẵn sàng có thể được biến đổi hoặc di chuyển một cách chủ động nhờ bản chất nội tại thích ứng tốt với tác động từ môi trường.

Khái niệm này được phổ biến bởi nhà nghiên cứu Skylar Tibbits – người điều hành phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ Massachusetts (Massachusetts Institue of Technology – MIT), phối hợp cùng với Stratasys và Autodesk. Công nghệ in 4D vẫn còn khá mới nhưng dự kiến sẽ được sử dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, sản xuất ô tô, hàng không hay thậm chí là chăm sóc sức khỏe, in sinh học.

công nghệ 7

Ảnh: Tư liệu.

công nghệ 6

Ảnh: Tư liệu.

In 4D phụ thuộc trực tiếp vào vật liệu được sử dụng để tạo ra đối tượng cuối cùng. Theo nhà nghiên cứu Anna Ploszajski cho biết, vật liệu này có thể xem như hợp chất thông minh, là chất rắn có đặc tính, hình dạng, kích thước hoặc màu sắc thay đổi linh hoạt để phản ứng lại các tác nhân bên ngoài (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, áp suất, từ tính): “Thế giới vật chất ba chiều ngày nay được tạo ra từ những vật liệu thụ động như gạch, thép và thủy tinh. Các cấu trúc bốn chiều được tạo ra từ vật liệu chủ động, có thể di chuyển tự động theo cơ chế thông minh như phồng lên, co lại hoặc uốn cong tùy theo tác động. Chúng thậm chí còn có thể kết hợp tốt với các vật liệu thụ động. Điều đó cho phép chúng di chuyển và thay đổi hình dạng mà không cần đến robot, thiết bị điện tử hay động cơ”.

công nghệ 5

Ảnh: Tư liệu.

Nhà nghiên cứu cũng đưa ra một ví dụ cụ thể về vật liệu thông minh thông qua khối hình nón. Cách thức hoạt động của chúng là thông qua hai lớp sợi cứng chạy theo các hướng khác nhau, cho phép mở hoặc đóng. Bên trong khối hình nón là loại hạt sẽ nảy mầm khi đủ điều kiện thuật lợi trong đất (nóng và khô). Khi độ ẩm cao, khối hình sẽ đóng lại để bảo vệ hạt, chúng chỉ mở ra khi điều kiện nảy mầm phù hợp. Đây là ví dụ điển hình về cách đánh giá, tái tạo các quy trình phức tạp của tự nhiên để hình thành khả năng thích ứng, phục hồi hiệu quả vật liệu. In 4D có thể hiện thực hóa nhiều ý tưởng mà công nghệ hiện nay vẫn đang nghiên cứu.

công nghệ 4

Ảnh: Tư liệu.

Mục đích chính của công nghệ in 4D là lập trình vật liệu, làm cho vật liệu phản ứng theo thông số môi trường. Tuy nhiên điều này có thể được sử dụng để làm gì? Nhà nghiên cứu cũng đề cập đến nhiều khả năng khác nhau của in 4D như một số đường ống thoát nước có thể co lại hoặc mở rộng theo dòng chảy; hoặc hệ thống cống rãnh có thể vận chuyển chất thải thông qua khả năng co thắt tương tự như nhu động của ruột, giúp vật dẫn truyền có thể vượt qua các đoạn dốc trên địa hình. Một số ứng dụng trong tương lai có thể nhìn thấy trước như lĩnh vực xây dựng, sản xuất, công nghiệp vật liệu có thể chuyển đổi nguồn nguyên liệu thô thành cấu trúc lắp ráp sẵn mà không cần sự can thiệp của con người. Đây là sự thay đổi mang tính cải tiến khi giờ đây vật liệu có thể tự kiểm soát và lập trình chính xác hình dạng phù hợp với điều kiện sống.

công nghệ 3

Ảnh: Tư liệu.

công nghệ 2

Ảnh: Tư liệu.

công nghệ 1

Ảnh: Tư liệu.

Hiện nay cũng đã có những nghiên cứu chính thức về việc in 4D cho các vật liệu phân tử cấp cao để tái tạo mô, cơ quan hay thậm chí là xương. Mặc dù hiện tại in 4D vẫn đang trong giai đoạn sơ khai và chỉ được phát triển ở một số phòng thí nghiệm nhất định trên thế giới nhưng tương lai của chúng lại là một thế giới đầy hứa hẹn. Lịch sử nhân loại vẫn luôn cho thấy bài học đắt giá rằng không cần thiết phải mạnh nhất để tồn tại, điều quan trọng nhất để tồn tại vẫn là khả năng thích nghi.


Bài: Đức Nguyên | Theo: Archdaily | Ảnh: Tư liệu.


Xem thêm:

Luma Foundation và chuyện “nuôi trồng” vật liệu bền vững

Đồ chơi Lego tái chế từ chai nhựa