※ Ảnh minh họa quá trình tự lắp ghép của một vật liệu 4D (Nguồn: SJET)
Quá trình tự lắp ghép của phân tử (Molecular self-assembly) là quá trình mà trong đó các phân tử tự đặt chúng vào một trình tự sắp xếp nhất định. Khả năng này khá bình thường và cơ bản trong các hệ thống sinh học và ngành công nghệ nano. Thế nhưng, nhằm mục đích đưa quá trình này lên một tầm mức vĩ mô hơn, các nhà nghiên cứu tại MIT hiện đang tiến hành nghiên cứu một công nghệ có tên gọi là “công nghệ in 4 chiều” (4D printing). Công nghệ này cho phép vật liệu in 3 chiều (3D) có thể tự tập hợp, lắp ráp thành các hình dạng hay cấu trúc được lập trình sẵn. Cứ tưởng tượng như bạn mua một gói đồ nội thất về, thay vì mất cả ngày đọc hướng dẫn để lắp ghép như trước đây thì nay bạn có thể ngồi tận hưởng một cốc coffee và nhìn nó tự hoàn thành công việc.
Một cách tổng quát hơn, quá trình in 4 chiều (với chiều thứ 4 là chiều thời gian), đòi hỏi sử dụng những vật liệu có khả năng thay đổi hình dạng của chúng khi tương tác với chuyển động hoặc các yếu tố môi trường, ví dụ như là nước, không khí hay sự thay đổi nhiệt độ. Công nghệ này có tiềm năng làm thay đổi bộ mặt của ngành xây dựng và sản xuất. Nhờ có nó, việc xây dựng các công trình trên những môi trường, khu vực đặc biệt tốn kém và nguy hiểm ( bao gồm cả trên vũ trụ hoặc các hành tinh khác) có thể trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.
Skylar Tibbits, trường phòng nghiên cứu về Vật Liệu Tự Lắp Ghép của MIT (MIT Self-Assembly lab), đã có buổi trình diễn về công nghệ này trong chương trình trò chuyện với TED (TED Talk). Tại đây, một sợi dây được chế tạo bằng công nghệ in 3D với một loại vật liệu “thông minh” (phát triển bởi công ty Stratasys) khi được nhúng trong nước, đã tự gập lại thành logo của MIT (Ảnh dưới). Và nhiều vật khác có thể tự gập thành hình lập phương… Đây có lẽ là lần đầu tiên mà việc lập trình về thay đổi hình dạng được tích hợp trực tiếp vào vật liệu sản xuất.
Tibbits cũng xác nhận rằng, để có thể áp dụng công nghệ in 4D vào quy mô lớn, thi cần phải có sự phối hợp của loại vật liệu thích hợp và hình khối học với một nguồn năng lượng tương ứng. Đồng thời thiết kế các tương tác của vật liệu để cho phép nó có khả năng biến hình tốt nhất. Đối với quá trình thiết kế, phòng nghiên cứu Vật Liệu Tự Lắp Ghép đã sử dụng một phần mềm mới của Autodesk với tên gọi Project Cyborg. Phần mềm này cho phép họ mô phỏng xem các thành phần sẽ gập lại như thế nào, và ở thời điểm nào, trong cả 2 phạm vi nano và vĩ mô (macro). (Hình dưới)
Cũng theo Tibbits, thì cùng với việc cung cấp khả năng tích hợp chương trình thay đổi hình dạng vào vật liệu–không-phải-vật-liệu-điện-tử, thì công nghệ này còn có thể đi đầu trong việc thể hiện các tính năng điện toán ở quy mô nano.
phòng nghiên cứu Vật Liệu Tự Lắp Ghép tin rằng công nghệ này có tiềm năng tạo ra những cuộc cách mạng trong hầu hết mọi lĩnh vực, bao gồm “sinh học, khoa học vật liệu, vật liệu học, thiết kế phần mềm, robot, sản xuất, giao thông, kết cấu hạ tầng, xây dựng, nghệ thuật và thậm chí cả khám phá vũ trụ.”
Đồng nghiên cứu trong dự án này có có những tên tuổi như: Autodesk, Shelly Linor& Daniel Dikovsky, Stratasys,..
Bạn có thể theo dõi bài nói chuyện của Tibbits tại TED theo link dưới đây:
[youtube link=”http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=0gMCZFHv9v8″ width=”590″ height=”315″]
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
