چاپ چهار بعدی با الهام از سیب زمینی

به تازگی یک فرآیند جدید برای ساخت سیستم های موادی خود تنظیم و محرک با کمک چاپگرهای سه بعدی استاندارد، در آلمان توسعه یافته است. این سیستم ها می توانند از قبل به منظور انقباض و انبساط تحت تاثیر رطوبت، برنامه ریزی شوند و به این صورت تغییرات پیچیده ای در شکل ها به وجود بیاورند.

محققان دانشگاه های فرایبورگ و اشتوتگارت این مکانیسم حرکتی را با الهام از گیاه بالا رونده ای که به سیب زمینی هوایی (Dioscorea bulbifera) معروف است، مدل سازی کرده اند. این نگهدارنده بازویی که با بدن فرد انطباق پیدا می کند؛ قابلیت توسعه بیشتر برای کاربردهای پزشکی را دارد و در حال حاضر تنها نمونه اولیه آن تولید شده است.

امروزه چاپ سه بعدی توانسته موقعیت مناسبی به عنوان یک فرآیند تولیدی در کاربردهای مختلف پیدا کند و حتی این قابلیت را دارد که برای تولید مواد هوشمند و سیستم هایی که پس از چاپ همچنان در حال حرکت باقی می مانند مورد استفاده قرار بگیرد؛ چنین سیستم هایی در پاسخ به محرک های خارجی مانند نور، دما یا رطوبت تغییر شکل می دهند.

چاپ 4 بعدی در واقع نوعی از چاپ است که در آن می توان با تحریک محرک های از پیش تعیین شده، اشکال را تغییر داد. این نوع از چاپ می تواند کاربردهای بالقوه سیستم های مواد را گسترش دهد. ایجاد تغییر در شکل ها توسط ترکیبات شیمیایی مواد که از پلیمرهای حساس به محرک ها تشکیل شده اند، امکان پذیر است. چاپگرها و مواد اولیه ای که تاکنون برای ساخت چنین سیستم هایی مورد استفاده قرار گرفته اند، سفارشی و گران بوده اند.

محققان برای ساخت چنین سیستم هایی که به تغییرات رطوبت واکنش نشان می دهند، چندین لایه متورم و پایدار را با هم ترکیب کرده اند تا در نهایت به یک مکانیسم حرکتی بسیار پیچیده برسند؛ این ساختار پیچشی با باز شدن کیسه های هوا محکم تر می شود و وقتی دوباره کیسه های هوا تخلیه می شوند، شل شده و این ساختار پیچشی دوباره به حالت اول بر می گردد.

گیاه سیب زمینی هوایی با فشار آوردن به تنه گیاه میزبان از درختان بالا می رود. گیاه برای این کار در ابتدا به دور تنه یک درخت می پیچد. سپس گوشوارک های گیاه جوانه می زند؛ این جوانه زدن در قسمت های برآمده برگ ها و به شکل رونده صورت می گیرد و همین امر باعث افزایش فضای بین ساقه مارپیچ و گیاه میزبان می شود. این کار سبب ایجاد تنش در ساقه مارپیچ گیاه سیب زمینی هوایی می گردد. محققان برای تقلید از این مکانیسم، یک سیستم چند بخشی را با ساختاربندی لایه های آن ساخته اند تا بتواند در جهات مختلف و به درجات گوناگون خم شده و چنبره بزند و در نهایت شکل یک ساختار مارپیچ را به خود بگیرد. کیسه های هوای قرار گرفته روی سطح این سیستم باعث می شوند تا این ساختار مارپیچ به سمت بیرون رانده شده و تحت تنش قرار بگیرد؛ این کار در نهایت باعث انقباض کل سیستم مواد می شود. پروفسور اَشیم منجس (Achim Menges) از دانشگاه اشتوتگارت می گوید: «فرآیند ما تاکنون تنها محدود به مواد اولیه موجود بوده است که به رطوبت واکنش نشان می دهند. ما امیدواریم در آینده بتوانیم در چاپ سه بعدی از مواد ارزان قیمت دیگری که به سایر محرک ها واکنش نشان می دهند، نیز استفاده کنیم و در فرآیند ابداعی خود از آنها هم بهره ببریم».