Американские ученые при помощи 4D-печати создали гибкие и легкие материалы. Они найдут применение в авиатехнике, робототехнике, биомедицине и не только. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Horizons.

Когда мы говорим о 4D-печати, цифра 4 означает не измерение, а параметр: 3D-объекты приобретают суперспособности изменять свои формы или свойства, которые активируются под действием воды, тепла или механического давления.

Метаматериалы — композиционные материалы, чьи эффективные электромагнитные свойства выходят за пределы свойств образующих их компонентов. Последние определяются не характеристиками составляющих, а структурой.

Ранее форма и свойства метаматериалов были необратимыми после их изготовления, однако инженеры Ратгерского университета это исправили. Команда сделала возможной температурную настройку физических параметров метаматериала. Ученые создали новый композит на основе полимера с памятью формы.

Жесткость композита можно регулировать более чем в 100 раз при температурах от 23 до 90 °С, что обеспечивает отличный контроль амортизации. Новые материалы могут быть временно преобразованы в любую деформированную форму и возвращены к первоначальной при нагревании.

Таким образом, разработка может быть использована для изготовления крыльев самолетов или беспилотников, которые меняют форму для приспособления к среде. Легкие структуры было бы легко транспортировать в космос, где они бы преобразовывались, например, в солнечные панели. Роботы, созданные из мягких, гибких и прорезиненных материалов, смогут обладать переменной гибкостью и жесткостью, адаптируясь к окружающей среде и задачам. А крошечные устройства, имплантированные людям для диагностики или лечения, временно становились бы мягкими и гибкими для минимально инвазивного и болезненного введения.

«Мы считаем, что синергия материаловедения, механики и 3D-печати откроет новый путь к широкому спектру технических приложений. Это позволит улучшить не только технологии, терапию заболеваний и безопасность, но и просто качество жизни», — поясняет соавтор исследования Ховон Ли, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники при Ратгерском университете.