En estos días, la impresión 3D parece estar en el centro de la mayoría de las nuevas empresas de investigación nuevas, ya sea desarrollando formas de imprimir comidas completas o recreando rasgos faciales para reparar la cara de un paciente.
Pero Skylar Tibbits quiere subir la apuesta: espera que la impresión 4D sea algo del futuro no muy lejano.
El nombre de su concepto, admite Tibbits, fue un poco alegre al principio. En el Instituto de Tecnología de Massachusetts, Tibbits e investigadores de las firmas Stratasys y Autodesk Inc. estaban tratando de encontrar una forma de describir los objetos que estaban creando en las impresoras 3D, objetos que no solo podían imprimirse, sino que gracias al código geométrico, más tarde también podría cambiar de forma y transformarse por su cuenta.
El nombre se quedó, y ahora el proceso que desarrollaron, que convierte el código en "objetos inteligentes" que pueden autoensamblarse o cambiar de forma cuando se enfrentan a un cambio en su entorno, podría aparecer en una serie de industrias, desde la construcción hasta ropa deportiva.
"Normalmente, imprimimos cosas y creemos que están hechas", dice Tibbits. “Ese es el resultado final y luego los ensamblamos. Pero queremos que sean capaces de transformarse y cambiar de forma con el tiempo. Y queremos que se reúnan ”.
Tibbits, un científico investigador del MIT, recibió el visto bueno el año pasado para establecer lo que se conoce como el Laboratorio de autoensamblaje de la universidad. El desafío era ver cómo los investigadores inteligentes podían hacer un objeto sin depender de sensores o chips; qué tan fluido podrían hacer algo sin cables ni motores.
Por suerte, cuando Tibbits compartió este dilema con conocidos en Stratasys, una empresa líder de impresión 3D, le dijeron que la compañía había desarrollado un material de impresión que se expande en un 150 por ciento cuando se coloca en el agua. Sonaba prometedor. Pero la verdadera pregunta era cómo aportar precisión a esa transformación para que un objeto pudiera desplegarse, curvarse y formar ángulos específicos en lugar de hincharse como una esponja hinchada.
La respuesta de Tibbits: Geometría.
Con una impresora 3D, un operador conecta un plano virtual para un objeto, que la impresora utiliza para construir el producto final capa por capa. Sin embargo, para hacer algo "4D", Tibbits le da a la impresora un código geométrico preciso basado en los ángulos y dimensiones del objeto, pero también medidas que dictan cómo debe cambiar de forma cuando se enfrenta a fuerzas externas como el agua, el movimiento o un cambio de temperatura. .
En resumen, el código establece la dirección, el número de veces y los ángulos en los que un material puede doblarse y curvarse. Cuando ese objeto se enfrenta a un cambio en el entorno, puede ser estimulado a cambiar de forma. Las tuberías, por ejemplo, podrían programarse para expandirse o encogerse para ayudar a mover el agua; Los ladrillos podrían desplazarse para acomodar más o menos estrés en una pared determinada.
Tibbits demostró el concepto de impresión 4D en una charla TED el año pasado, durante la cual mostró cómo se podía programar una sola hebra de material impreso para plegarse, por sí solo, en la palabra "MIT".
(Vea un video de esa demostración a continuación)
Las formas de lo que vendrá
A primera vista, es un concepto que es muy bueno. Pero, ¿cuándo podemos esperar ver este tipo de transformaciones en el mundo real?
En algunos casos, ya están sucediendo. Tibbits señala que en nanotecnología, los científicos han podido programar materiales físicos y biológicos para cambiar sus formas y propiedades, como el uso de ADN para autoensamblar nanorobots.
Hacer que esto suceda a escala humana, reconoce, es mucho más desafiante, particularmente en industrias más tradicionales, como la construcción. Pero Tibbits dice que al menos una empresa está interesada en ver cómo la programación 4D se puede aplicar a la infraestructura. Hay potencial, dice, en el uso de materiales de autoensamblaje en áreas de desastre o entornos extremos donde la construcción convencional no es factible o demasiado cara. Por ejemplo, ve un futuro para lo que llama "infraestructura adaptativa" en el espacio.
Tibbits dice que su laboratorio está trabajando en estrecha colaboración con varios socios de la industria sobre las formas en que podrían incorporar el concepto 4D en sus negocios. En cuanto a dónde podríamos ver productos transformadores en los estantes, Tibbits visualiza la innovación en muebles o ropa deportiva. Ofrece el ejemplo de zapatillas que podrían cambiar de forma y función en respuesta a cómo se usan.
"Si empiezo a correr", dijo, "[las zapatillas de deporte] deberían adaptarse a ser zapatillas para correr. Si juego baloncesto, se adaptan para sostener más mis tobillos. Si voy sobre hierba, deberían crecer tacos o volverse impermeables si es llueve. No es que el zapato entienda que estás jugando baloncesto, por supuesto, pero puede decir qué tipo de energía o qué tipo de fuerzas está aplicando tu pie. Podría transformarse en función de la presión. O podría ser cambio de humedad o temperatura ".
Pensamiento multidimensional
Aquí hay otros desarrollos recientes en impresión 3D y 4D:
- Maniobras del ejército: el ejército de los EE. UU. Ha otorgado una subvención a la Universidad de Harvard, la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Illinois para explorar formas en que los militares podrían usar objetos autoensamblados, lo que aumenta la posibilidad de refugios o puentes que se ponen en forma.
- Simplemente no le digas a nadie que tu maquillaje salió directamente de la impresora: la estudiante de Harvard Grace Choi ha creado un prototipo para una impresora 3D llamada "Mink" que está diseñado para permitir a los usuarios elegir cualquier color imaginable y luego imprimir el maquillaje en ese tono.
- Todo en un día de trabajo: en China, una empresa de ingeniería utilizó impresoras 3D para construir 10 casas de un piso en un día. Las impresoras, que tenían 33 pies de ancho y 22 pies de alto, utilizaron una mezcla de cemento y desechos de construcción para construir las paredes capa por capa.
Y para más información sobre el potencial de la impresión 4D, vea este video:
Este artículo ha sido actualizado para reflejar la participación de Stratys y Autodesk Inc en la investigación de impresión 4D.
