Уявіть автомобіль, малюнок покришок якого динамічно підлаштовується під тип дороги, покриття кузова саме усуває тріщини і зміцнюється в місцях більш частого контакту з водою, запобігаючи корозії. Уявіть одяг, який відмінно «дихає» влітку, але стає водонепроникним, ледь піде дощ. Подумайте про камуфляжі, стійких до забруднення і зміни кольору, як хамелеон своє забарвлення. Фантастика? Вже не зовсім.Дослідники з Гарвардської школи інженерних і прикладних наук за підтримки університетів Іллінойсу і Пітсбурга отримали грант у розмірі $ 855 тис. на розробку методів «чотиривимірного друку». Під «четвертим виміром» розуміється не тільки створення предметів з ефектом самосборки, а й подальший розвиток технології 3D-друку в напрямку адаптивних матеріалів. Як відзначають автори, створювані таким чином речі зможуть змінюватися, пристосовуючись до різних змін."Замість того, щоб використовувати (в 3D-друці) полімери з жорсткими певними властивостями, ми пропонуємо застосовувати біоміметичні композити. Зміна форми і властивостей створених з таких матеріалів речей стане можливим як на вимогу,
так і мимоволі -- під впливом зовнішніх чинників", -- кажуть автори.Іншими словами, створені за методом «4D-друку» речі зможуть змінювати свою функціональність, підлаштовуючись під різні умови. Наприклад, вони ставатимуть більш твердими або еластичними, гладкими або шорсткими, самостійно відновлюватися, змінювати забарвлення і форму... Варіантів безліч. Загальна суть в тому, що заздалегідь враховані зміни на мікрорівні проявляться у вигляді певних макроефектів. Живі організми постійно пристосовуються до зовнішнього середовища. Пора наділити цією властивістю і рукотворні об'єкти."Об'єднуючи наші можливості точного пошарового друку, синтезу адаптивних матеріалів і комп'ютерного моделювання поведінки отриманих структур, ми розраховуємо закласти фундамент для нової області -- 4D-друку", -- додають автори.Лежать в основі цього підходу «розумні полімери», які сьогодні застосовуються переважно у вузькоспеціалізованих областях. Вони використовуються для виробництва гідрогелів, біорозкладаних упаковок і в експериментах з області біомедичної інженерії. Однак інтерес до них зростає з кожним роком,
а нещодавно значущі практичні результати були досягнуті і в мікроелектроніці.Інженерам з Університету штату Північна Кароліна вдалося сконструювати тензометричний датчик, який може самостійно відноватися після механічного пошкодження.Аналогічними властивостями володіє захисна плівка для екранів мобільних пристроїв компанії Toray Advanced Film і чохол для iPhone. Вони самі усувають дрібні подряпини за декількох секунд.Через ієрархічну структуру полімерних матеріалів малі конформаційні зміни кожного мономеру призводять до виражених змін загальних властивостей. Тому навіть малого зовнішнього впливу може бути достатньо для запуску різних процесів адаптації.Наприклад, здатність «розумних полімерів» до швидкого і фазового переходу з гідрофільної мікроструктури в гідрофобну при зміні pH і температури використовується при створенні нових засобів виборчої доставки ліків до уражених клітин. Через специфічні умови у вогнищі запалення зміни в структурі носія і вивільнення з нього лікарського препарату відбуваються тільки в потрібному місці, за рахунок чого знижується вираженість побічних ефектів.
У техніці одним з найбільш затребуваних матеріалів з активною мікроструктурою вважається частково стабілізований діоксид цирконію. Він був розроблений в Державному об'єднанні наукових і прикладних досліджень Австралії (CSIRO). Створені з нього деталі не тільки володіють високою механічною міцністю, але і здатні заповнювати тріщини, що утворилися в них завдяки фазовому переході з нерівноважного в рівноважний стан. Як матеріал з винятковою зносостійкістю в даний час він широко використовується в установках подрібнення і дроблення хімічної, фармацевтичної і харчової промисловості, пише Компьютерра.Використання «розумних полімерів» -- закономірний етап у розвитку технології 3D-друку. Самі по собі такі матеріали не дозволяють створювати досить складні речі, на відміну від їх певного поєднання із запрограмованими властивостями.
