據(jù)最新一期《Nature Communications》報道，美國德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校（UTA）研究人員開發(fā)出一種新方法，可對二維（2D）水凝膠進行編程，使其以空間和時間可控的方式進行擴展和收縮，形成復(fù)雜的3D形狀，并實現(xiàn)運動。
研究人員表示，該技術(shù)可能改變?nèi)嵝怨こ滔到y(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計和制造方式，其潛在應(yīng)用包括仿生柔性機器人、人造肌肉（柔性材料可改變其形狀或像人體肌肉那樣響應(yīng)外部信號而移動）以及可編程的物質(zhì)。
UTA團隊使用溫度敏感、具有局部擴張和收縮率的水凝膠，并利用數(shù)字光4D（3D加時間）打印方法對水凝膠進行空間編程，使其響應(yīng)溫度變化膨脹或收縮。通過這種方法，研究人員可在一個步驟中同時打印多個3D結(jié)構(gòu)，然后使用數(shù)學(xué)方法對結(jié)構(gòu)的收縮和膨脹進行編程，形成3D形狀（如馬鞍狀、皺褶和錐體）及其方向。
研究人員還開發(fā)了基于模塊化概念的設(shè)計規(guī)則，以創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括具有編程順序運動的仿生結(jié)構(gòu)，這使得形狀更為動態(tài)以便在空間中移動。研究人員還可控制結(jié)構(gòu)改變形狀的速度，從而創(chuàng)建出更為復(fù)雜的類似于魚兒水中游的連續(xù)運動。
研究人員稱，與傳統(tǒng)的增材制造不同，數(shù)字光4D打印方法允許同時打印多個定制設(shè)計的3D結(jié)構(gòu)。最重要的是，該方法非？，打印時間不到60秒，因此具有高度可擴展性。UTA創(chuàng)建的可編程3D結(jié)構(gòu)方法有望為生物機器人和組織工程開辟許多新途徑，該方法的應(yīng)用速度和可擴展性將使其成為未來研究和應(yīng)用開發(fā)的獨特工具。
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