4D 列印指日可待 MIT 團隊以平面結構變形出複雜人臉

資料來源:https://pse.is/PD673

3D 列印至今已是非常普遍使用的一項技術，不過在這項技術之後還有所謂的 4D 列印。所謂的 4D 列印是藉由一種特殊的平面結構，透過濕度或溫度等環境變化，使其變形成不同的形狀。而現在 MIT 麻省理工學院的科學團隊打造出了一種平面結構，得以用其變化出以往 4D 列印技術所無法達成的複雜結構，例如人臉。並且將研究結果發表於美國國家科學院院刊上。

過去的 4D 列印技術雖然也可以將平面結構變成其他結構，但往往結構都過於簡單，實用性也較低。而麻省理工的機械工程師 Wim van Rees 則設計出了一種理論方法，能夠將一個薄型平板變形成諸多複雜的形狀，像是球狀、圓頂，甚至是人臉。可是他自然得要面對一個難以克服的問題——絕妙定理。

在 1828 年，德國物理學家高斯發現了絕妙定理，絕妙定理說明物體表面的曲率並不會因為外力彎折而產生改變。對於 4D 列印而言，van Rees 表示這就像是要將一張紙包裹住一顆球，無論你怎麼樣包覆，都勢必要把紙張的邊弄皺，這是因為紙張本身為零高斯曲率，球卻是雙曲率，所以紙張得要經過拉伸或收縮才能夠完整包覆好一顆球。然而 4D 列印的表面規則卻是不能拉伸、收縮或撕裂。

為了克服這個問題，van Rees 與其同事決定使用網狀格子構造，他們透過橡膠材料製作出格子，使這些格子會因為溫度升高而膨脹，而格子中間的空隙就能讓材料適應表面部分的大幅度變化。之後該團隊設計出了一種算法，將格子的架構變形成正確的形狀，並成功將一平面結構變形成高斯的臉部結構。

除此之外，該團隊還製作出了含有導電液態金屬的格子，可以變形成主動式天線，其共振頻率能夠隨著材料的變形而產生改變。

這種變形材料有朝一日或能應用在諸多領域，例如用它來開發出可以自行架設、收折的帳篷；可變型的望遠鏡頭、支架、人造組織支架，或是軟體機器人等等。