De nos jours, l’impression 3D semble être au cœur de la plupart des nouvelles entreprises de recherche, qu’il s’agisse de développer des moyens d’imprimer des repas entiers ou de recréer des traits du visage pour réparer le visage d’un patient.
Mais Skylar Tibbits veut faire monter les enchères: il espère que l’impression 4D sera l’avenir dans un avenir pas si lointain.
Le nom de son concept, admet Tibbits, était un peu léger au début. Au Massachusetts Institute of Technology, Tibbits et des chercheurs des sociétés Stratasys et Autodesk Inc essayaient de trouver un moyen de décrire les objets qu’ils créaient sur des imprimantes 3D - des objets qui pouvaient non seulement être imprimés, mais grâce au code géométrique, pourrait aussi changer plus tard de forme et se transformer par eux-mêmes.
Le nom est resté, et maintenant le processus qu'ils ont développé - qui transforme le code en "objets intelligents" qui peuvent s'auto-assembler ou changer de forme face à un changement de son environnement - pourrait très bien apparaître dans un certain nombre d'industries, de la construction à vêtements de sport.
«Normalement, nous imprimons des choses et nous pensons qu'elles sont terminées», explique Tibbits. «C'est la sortie finale et ensuite nous les assemblons. Mais nous voulons qu’ils puissent se transformer et changer de forme au fil du temps. Et nous voulons qu’ils se rassemblent.
Tibbits, chercheur au MIT, a été autorisé l’an dernier à créer ce que l’on appelle le laboratoire d’auto-assemblage de l’université. Le défi consistait à voir comment les chercheurs intelligents pourraient créer un objet sans recourir à des capteurs ou à des puces; quelle fluidité ils pourraient faire quelque chose sans fils ni moteurs.
Par chance, lorsque Tibbits a partagé ce dilemme avec des connaissances de Stratasys, une société d'impression 3D de premier plan, ils lui ont dit que la société avait développé un matériau d'impression qui se dilatait à 150% lorsqu'il était placé dans l'eau. Cela semblait prometteur. Mais la vraie question était de savoir comment apporter de la précision à cette transformation afin qu'un objet puisse se déplier, se courber et former des angles spécifiques au lieu de simplement gonfler comme une éponge gonflée.
La réponse de Tibbits: Géométrie.
Avec une imprimante 3D, un opérateur connecte un plan virtuel pour un objet, que l'imprimante utilise pour construire le produit final couche par couche. Pour faire quelque chose de "4D", Tibbits fournit à l’imprimeur un code géométrique précis basé sur les angles et les dimensions de l’objet, mais également sur des mesures dictant la manière dont il devrait changer de forme face aux forces extérieures telles que l’eau, les mouvements ou un changement de température. .
En bref, le code définit la direction, le nombre de fois et les angles auxquels un matériau peut se plier et se courber. Lorsque cet objet est confronté à un changement d'environnement, il peut être stimulé pour changer de forme. Les tuyaux, par exemple, pourraient être programmés pour s’agrandir ou se rétrécir pour aider à déplacer l’eau; les briques pourraient se déplacer pour supporter plus ou moins de stress sur un mur donné.
Tibbits a présenté le concept de l’impression 4D lors d’une conférence TED l’année dernière, au cours de laquelle il a montré comment un seul brin de matériel imprimé pouvait être programmé pour se mélanger lui-même au mot «MIT».
(Voir une vidéo de cette démo ci-dessous)
Les formes des choses à venir
À première vue, c'est un concept très cool. Mais quand pouvons-nous nous attendre à voir ce genre de transformations se produire dans le monde réel?
Dans certains cas, ils se produisent déjà. Tibbits souligne que dans le domaine de la nanotechnologie, les scientifiques ont pu programmer des matériaux physiques et biologiques pour modifier leurs formes et leurs propriétés, par exemple en utilisant l'ADN pour assembler des nanorobots.
Le réaliser à l'échelle humaine, concède-t-il, est beaucoup plus difficile, en particulier dans les industries plus traditionnelles, telles que la construction. Mais Tibbits a déclaré qu'au moins une entreprise était intéressée à comprendre comment la programmation 4D pouvait être appliquée à l'infrastructure. Il a le potentiel, dit-il, d'utiliser des matériaux auto-assemblants dans les zones sinistrées ou dans des environnements extrêmes où la construction conventionnelle n'est pas réalisable ou trop coûteuse. Par exemple, il voit un avenir pour ce qu’il appelle «une infrastructure adaptative» dans l’espace.
Tibbits dit que son laboratoire travaille en étroite collaboration avec un certain nombre de partenaires de l’industrie sur les moyens d’incorporer le concept 4D dans leurs activités. Tibbits envisage d'innover dans le domaine des meubles ou des vêtements de sport. Il donne l'exemple des chaussures de sport qui pourraient changer de forme et de fonction en fonction de leur utilisation.
«Si je commence à courir», a-t-il déclaré, «[les baskets] devraient s’adapter à la chaussure de course. Si je joue au basketball, elles s’adaptent davantage pour soutenir mes chevilles. Si je vais sur l’herbe, elles devraient pousser des tasseaux ou devenir imperméables si Ce n’est pas comme si la chaussure comprendrait que vous jouez au basket-ball, bien sûr, mais elle peut indiquer quel type d’énergie ou quel type de forces sont appliquées par votre pied. Cela pourrait se transformer en fonction de la pression. humidité ou changement de température. “
Pensée multidimensionnelle
Voici quelques autres développements récents en impression 3D et 4D:
- Manœuvres de l'armée: L'armée américaine a accordé une subvention à l'Université de Harvard, à l'Université de Pittsburgh et à l'Université de l'Illinois afin d'explorer les moyens par lesquels les militaires pourraient utiliser des objets à monter soi-même, offrant ainsi la possibilité d'abris ou de ponts qui prennent forme.
- Ne dites jamais à personne que votre maquillage est directement sorti de l’imprimante: Grace Choi, étudiante à Harvard, a créé un prototype pour une imprimante 3D appelé «Mink» conçu pour permettre aux utilisateurs de choisir n’importe quelle couleur imaginable et d’imprimer ensuite le maquillage dans cette teinte.
- Une journée de travail: en Chine, une société d'ingénierie a utilisé des imprimantes 3D pour construire 10 maisons d'un étage par jour. Les imprimantes, qui mesuraient 33 pieds de largeur et 22 pieds de hauteur, utilisaient un mélange de ciment et de déchets de construction pour construire les murs, couche par couche.
Et pour en savoir plus sur le potentiel de l'impression 4D, regardez cette vidéo:
Cet article a été mis à jour pour refléter l'implication de Stratys et Autodesk Inc dans la recherche sur l'impression 4D.
