4Dプリントされたスマートマテリアルは温度によって特性や形状を変えることができる

4Dプリントされたスマートマテリアルは温度によって特性や形状を変えることができる
出典:科技日報

ラトガース大学ニューブランズウィック校のエンジニアは、4Dプリント後に航空機やドローンの翼、ソフトロボット、マイクロインプラント型バイオメディカルデバイスなどに使用でき、衝撃吸収性と変形をより良く実現できる柔軟で軽量な素材を開発しました。関連する結果はMaterials Horizo​​ns誌の最新号に掲載されました。

3D プリンティングは、積層造形とも呼ばれ、事前に作成されたデジタル設計図を層ごとに印刷してオブジェクトに変換します。この技術に基づく 4D プリンティングの大きな違いは、特殊な材料と複雑なデザインを使用して、温度変化などの環境条件に応じて形状が変化するオブジェクトを印刷することです。

エンジニアによって作成された新しい「メタマテリアル」は、自然界には見られない、珍しい、あるいは直感に反する特性を持つように注意深く設計されています。これまで、メタマテリアルは一度作られるとその性質や形状は元に戻せませんでしたが、今回は熱を利用してメタマテリアルの性質を調整することで、衝撃を受けても硬いままにしたり、スポンジのように柔らかくなって衝撃を吸収したりできるようになりました。

室温73度(約22.8度)から194度(90度)までの温度範囲で、剛性を100倍以上調整できるため、振動の低減を細かく制御できます。材料はさまざまな目的に合わせて形を変えることができます。一時的に任意の形状に変形し、加熱すると希望どおりに元の形状に戻ります。

この驚くべき素材は、航空機やドローンの翼の性能向上、宇宙打ち上げ用の軽量構造物の折りたたみ、さらには大型構造物の宇宙パネルの再構築にも使用できます。この素材で作られたソフトロボットはタコのように柔軟で、環境や作業内容に応じて柔軟性や硬さを調整できます。これを小型の装置に挿入し、診断や治療のために人体に埋め込むと、介入装置が一時的に柔らかく柔軟になり、人体への挿入が可能になり、低侵襲手術が可能になり、痛みを軽減できます。

出典:科技日報

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