Các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã mô phỏng cách hoa phong lan, hoa loa kèn calla và các loài hoa khác uốn cong và xoắn để tạo ra các cấu trúc 4D biến hình, trong tương lai sẽ giúp hàn gắn vết thương và được sử dụng trong các công cụ phẫu thuật bằng rô bốt.
Ngày nay, in 3D cho phép tạo nên các đồ vật từ nhiều loại vật liệu như nhựa, gốm, thủy tinh, kim loại và các thành phần thậm chí lạ hơn như sô cô la và tế bào sống. Máy in hoạt động bằng cách lắng đọng các lớp vật liệu, giống như máy in thường với mực in, ngoại trừ máy in 3D còn có thể in các lớp phẳng trên đầu mỗi lớp để cho ra đồ vật 3D.
Các nhà khoa học Hoa Kỳ mới đây đã đưa ra các phương pháp in 4D sáng tạo liên quan đến các đồ vật in 3D được thiết kế để thay đổi hình dạng sau khi được in.
"Các nhóm nghiên cứu khác đang thăm dò phương pháp in 4D đòi hỏi phải in nhiều loại vật liệu với một vật liệu cứng trong khi vật liệu kia thay đổi hình dạng và đóng vai trò như khớp nối", Jennifer Lewis, nhà khoa học vật liệu tại Đại học Harvard và là đồng tác giả nghiên cứu nói.
Các nhà nghiên cứu muốn tạo ra các cấu trúc in 4D đơn giản hơn từ một loại vật liệu thay vì phải sử dụng vài vật liệu. Lấy cảm hứng từ thiên nhiên trong khi quan sát các loài thực vật trong đó tua, lá và hoa của chúng có thể phản ứng với các yếu tố môi trường như ánh sáng và hành động xúc giác. Ví dụ, "quả thông có thể mở ra và đóng lại phụ thuộc vào mức độ hydrat hóa của chúng, mức độ chúng bị ướt".
Tương tự như vậy, "các tua cuộn lên như một phần cấu trúc của chúng trở nên giống như gỗ và co lại, tạo sức ép làm cho cấu trúc sợi uốn cong và xoắn", L. Mahadevan, nhà toán học ứng dụng và vật lý tại Đại học Harvard, nói.
Cấu trúc của cây trồng chủ yếu bao gồm các sợi vật liệu gọi là xenlulô. Nhóm nghiên cứu đã sáng tạo ra cấu trúc in 3D từ sợi xenlulô cứng nhúng trong một hydrogel mềm vật liệu cùng loại, từ đó kính áp tròng mềm được tạo ra. Loại hydrogel này phồng lên khi chìm dưới nước.
Các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát hướng mà các sợi được xác định bên trong các cấu trúc in. Đổi lại, các hướng của sợi kiểm soát cách các cấu trúc này phồng lên khi chúng được nhúng chìm trong nước, giống cách các sợi xenlulô kiểm soát thực vật uốn cong do áp lực từ các chất lỏng bên trong chúng. Thực chất, các nhà khoa học có thể sử dụng hướng của sợi xenlulô trong các cấu trúc để lập trình cách các đồ vật thay đổi hình dạng.
Các nhà khoa học có thể làm cho các cấu trúc in 4D biến thành hình nón, yên xe, gợn sóng và xoắn ốc vài phút sau khi bị ngâm trong nước. Nhóm nghiên cứu đã uốn cong và xoắn những tấm phẳng thành những cấu 3D phức tạp giống như hoa lan và hoa loa kèn calla.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng họ có thể làm cho cấu trúc in 4D của họ hành động theo cách phức tạp hơn bằng cách cho hydrogel phản ứng với các yếu tố khác như ánh sáng, nhiệt và nồng độ axit và thay thế sợi xenlulô bằng các thanh cứng khác như thanh dẫn điện.
Trong tương lai, các cấu trúc in 4D mô phỏng thực vật có thể được kết hợp với các tế bào sống để chữa lành vết thương hoặc sử dụng trong các "vi kẹp mềm cho các công cụ phẫu thuật bằng rô bốt", Lewis nói. "Một ứng dụng thú vị khác là vải thông minh, thay đổi hình dạng hoặc độ thấm để phản ứng với độ ẩm, nhiệt độ…Chúng tôi hiện đang theo dõi một số ứng dụng này trong phòng thí nghiệm".
Nguồn: vista.gov.vn