Hãy tưởng tượng vật liệu thông minh có thể biến đổi từ cứng như gỗ sang mềm như bọt biển và cũng thay đổi luôn cả hình dạng. Đội ngũ kỹ sư của Đại học Rutgers – New Brunswick, New Jersy, Hoa Kỳ đã tạo ra loại vật liệu linh hoạt, nhẹ dành cho in 4D có thể hấp thụ biến động tốt hơn, dùng cho sản xuất máy bay biến hình hoặc cánh máy bay không người lái, robot mềm và các thiết bị y sinh cấy ghép nhỏ. Nghiên cứu của họ được công bố trên Tạp chí Vật liệu Horizons.
Siêu vật liệu in 4D có thể tạm thời biến thành bất kỳ hình dạng nào và sau đó trở lại hình dạng ban đầu theo yêu cầu khi được gia nhiệt. Thanh tỷ lệ là 2 mm. Ảnh: Chen Yang, Đại học Rutgers – New Brunswick.
In 3D, còn được gọi là sản xuất phụ gia, biến các bản thiết kế kỹ thuật số thành các đối tượng vật lý bằng cách in chúng từng lớp. In ấn 4D dựa trên công nghệ này nhưng có một điểm khác biệt lớn: “Nó sử dụng các vật liệu đặc biệt và thiết kế tinh xảo để in các vật thể thay đổi hình dạng với điều kiện môi trường như nhiệt độ đóng vai trò kích hoạt. Thời gian là chiều thứ tư cho phép chúng biến đổi sang hình dạng mới”, Howon Lee, thành viên nhóm tác giả và phó giáo sư Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không vũ trụ, Đại học Rutgers bộc bạch.
PGS Lee còn cho biết thêm: “Chúng tôi tin rằng sự tương tác và kết hợp chưa từng có này của khoa học vật liệu, cơ học và in 3D sẽ tạo ra một hướng đi mới cho một loạt các ứng dụng thú vị, giúp cải thiện công nghệ, sức khỏe, an toàn và chất lượng cuộc sống”.
Các kỹ sư đã tạo ra một thế hệ “siêu vật liệu” mới – những vật liệu được thiết kế để có những đặc tính khác thường và phản trực giác chưa hề tồn tại trong tự nhiên. Từ “siêu vật liệu” – “metamaterials” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, “meta” – “siêu” cũng có nghĩa là “cao hơn” hoặc “xa hơn”.
Trước đây, hình dạng và tính chất của siêu vật liệu là không thể thay đổi một khi chúng đã được sản xuất. Nhưng nhóm kỹ sư của Rutgers có thể điều chỉnh các loại vật liệu giống như nhựa này bằng nhiệt, để chúng cứng lại khi bị tác động hoặc trở nên mềm như một miếng bọt biển khi hấp thụ các biến động.
Độ cứng có thể được điều chỉnh hơn 100 lần nhiệt độ giữa nhiệt độ phòng (73 độ) và 194 độ F, cho phép kiểm soát hấp thụ biến động rất tốt. Các vật liệu có thể định hình lại với nhiều mục đích. Chúng có thể tạm thời biến thành bất kỳ hình dạng nào đó và sau đó trở lại hình dạng ban đầu theo yêu cầu khi được gia nhiệt.
Xem thêm video tại đây.
Điều này cho thấy các vật liệu thông minh in 4D có thể biến đổi từ cứng sang mềm và cũng thay đổi cả hình dạng.
Các vật liệu có thể được sử dụng trong máy bay hoặc cánh máy bay không người lái thay đổi hình dạng để cải thiện hiệu suất và trong các cấu trúc nhẹ có thể được phá hủy khi phóng trong không gian và cải tổ trong không gian để tạo ra cấu trúc lớn hơn, chẳng hạn như tấm pin năng lượng mặt trời.
PGS Lee cho hay: “Các robot mềm làm từ vật liệu mềm, dẻo và cao su lấy cảm hứng từ bạch thuộc có thể có độ linh hoạt hoặc độ cứng thay đổi phù hợp với môi trường và yêu cầu người dùng. Các thiết bị nhỏ được đưa hoặc cấy vào người nhằm chẩn đoán hoặc điều trị có thể tạm thời được làm mềm và linh hoạt để xâm lấn tối thiểu và ít gây đau đớn khi đưa vào cơ thể”.
Nguyễn Minh Hiếu lược dịch
Theo news.rutgers.edu