W sierpniowym wydaniu magazynu „Holland Herald”, dostępnego na pokładach samolotów linii KLM, ukazał się ciekawy artykuł na temat poligraficznego science-fiction, jakim jest już nie druk 3D, ale 4D.
Od kamiennych siekier po iPhone’y –sposób, w jaki produkujemy przedmioty „nieco” się zmienił na przestrzeni 2 milionów lat – pisze autorka publikacji, Jane Szita. Technologie są bardziej wyszukane, ale proces jest taki sam: zaczynamy od idei czy projektu, po czym przechodzimy do etapu produkcji przy użyciu rąk (lub maszyn w ich zastępstwie). Co jednak, jeśli to materiał wykonałby całą pracę, a przedmioty w zasadzie wytwarzałyby się same? Wyobraźmy sobie, że spakowany na płasko mebel zamiast konieczności montażu po dostarczeniu go do domu, ulegałby samoistnej transformacji w wygodne krzesło. Co, jeśli rak mógłby być zwalczany przez „nanoroboty”, które najpierw samoczynnie tworzyłyby się w organizmie, a następnie polowały na zwyrodniałe komórki i je unicestwiały? Brzmi to trochę nieprawdopodobnie, ale powyższe idee są już realizowane. Stanowią one część rozwijającego się nowego obszaru zwanego samoprodukcją, programowalnym przedmiotem lub drukiem 4D.
Krzesło niczym popcorn
Carl De Smet wzbudził sensację na tegorocznych targach meblowych w Mediolanie prezentując płaski blok, który ulega transformacji w trójwymiarowe krzesło. Dla niego samoprodukcja nie brzmi specjalnie futurystycznie: To zupełnie naturalne – powiedział Carl De Smet. – To samo od milionów lat robi ciało ludzkie i w taki sam sposób matka natura tworzy kolejne byty. Krzesło De Smeta jest wykonane z pianki poliuretanowej o zdolnościach zapamiętywania kształtu (SMPU – shape memory polyurethane), ulegającej transformacji po osiągnięciu temperatury 70°C. Wystarczy podłączenie bloku do prądu w celu podgrzania. Sam materiał jest mechanizmem – wyjaśnia projektant. – Mikroskopijne cząsteczki polimeru zapamiętują kształt, jaki został im nadany przed kompresją w płaski blok i pod wpływem ciepła powracają do niego. Carl De Smet zapewnia, że blok przypadkowo nie wystrzeli niczym popcorn z powodu działania np. słońca: 70°C to naprawdę wysoka temperatura, przed zmianą kształtu dodatkowo zabezpiecza je próżniowe pakowanie w folię. Projektant jest obecnie w fazie rozmów z producentami i liczy, że jego projekt będzie dostępny na rynku w ciągu 12 miesięcy. Moje krzesło jest nie tyle efektem samoprodukcji, co samorekonfiguracji – dodaje De Smet. – Samoprodukcja to jak na razie głównie proces biologiczny – najlepszym przykładem jest regeneracja skóry po zranieniu. Myślę, że samoprodukcja w aspekcie bardziej biologicznym to kwestia kolejnych 20-25 lat. Popcornowe krzesło pobudziło jednak wiele wyobraźni i Carl De Smet stał się od mediolańskiej premiery obiektem zainteresowania wszystkich – od producentów samochodów po wytwórców odzieży.
Czwarty wymiar druku
Choć druk 3D – druk tworzywem zamiast atramentem – jest wciąż nową technologią, to według Skylara Tibbitsa, szefa Laboratorium Samoprodukcji w MIT (Massachusetts Institute of Technology), przestał już być celem samym w sobie. Wymyślił on termin „druk 4D” opisujący przedmioty wydrukowane w technologii 3D, posiadające dodatkowy czwarty wymiar –zdolność do transformacji w czasie. Podczas tegorocznej konferencji TED w Long Beach w stanie Kalifornia Tibbits zaprezentował włókno materiału samodzielnie składającego się w kostkę – innowację, która może zrewolucjonizować przemysł budowlany. Po raz pierwszy na taką skalę uzyskaliśmy możliwość zaprogramowania materiału – powiedział naukowiec. – Po „zadrukowaniu” otrzymuje drugie życie. To jak robot, tyle że bez kabli i silnika. Skylar Tibbits pracuje obecnie z firmą Geosyntec nad ideą falujących rur wodnych, zdolnych zmieniać swoją średnicę w zależności od zmian ciśnienia i ilości przepływającej wody. Z kolei producenci odzieży sportowej zastanawiają się nad przystosowującymi się butami, które będą zmieniać swoją strukturę w zależności od podłoża, rodzaju aktywności czy temperatury. Mogłyby one pojawić się na rynku już nawet za dwa lata.
Kucie nanotechnologii
Dostosowujące się obuwie czy samobudujące się budynki to nie wszystko. Samoprodukcja może okazać się jeszcze bardziej rewolucyjna w skali nano, czyli na poziomie atomów (jeden nanometr to 10 atomów). Nasz świat składa się z atomów, których konfiguracja decyduje o znaczeniu i różnicy – różnicy na przykład pomiędzy węglem i diamentem – powiedział Eric Drexler, popularyzator (wykorzystywanej już i w poligrafii) idei nanotechnologii, którą po raz pierwszy sformułował blisko 30 lat temu w książce „Engines of creation”. Jego najnowsza książka, „Radical Abundance”, czyli „Urodzaj pierwiastków” opisuje świat, w którym małe „fabryki na chip” produkują wszystko, czego potrzebujemy, w tani i prosty sposób, wykorzystując otaczające nas atomy. Według Drexlera precyzyjna pro-dukcja atomowa (APM – atomic precise
manufacturing) pozwoli nam przekształcać atomy w laptopy czy samoloty tak tanio jak tekturę. Drexler ocenia, że obecnie jesteśmy na etapie kamienia łupanego, jeśli chodzi o nanotechnologię, ale szybko przemieszczamy się w kierunku stali i maszyn.
Projekt Cyborg i biodruk
Carlos Olguin jest szefem Bio/Nano/Programmable Matter Group (grupy produktów bio/nano/programowalnych) w Autodesk Research. Firma ta tworzy oprogramowanie dla projektantów pozwalające inżynierom na tworzenie prawdziwych przedmiotów na ekranie komputera. To już przeszłość – ogłasza Olguin. – Teraz patrzymy na życie jak na przestrzeń projektową. Identyfikujemy i staramy się wykorzystać różne zasady obowiązujące w życiu oraz próbujemy zaaplikować te paradygmaty do tradycyjnych dyscyplin w celu stworzenia narzędzi programowych, które naukowcy mogliby wykorzystywać bez specjalnych szkoleń.
Jeden z aspektów powyższych badań, nazwany Projektem Cyborg, to współpraca z naukowcami z Wyss Institute na Uniwersytecie Harwardzkim, starającymi się stworzyć walczące z rakiem nanoroboty z łańcuchów DNA. Roboty te powstają samodzielnie, a następnie identyfikują i niszczą komórki rakowe w całym organizmie. Zastosowanie tej aplikacji jest trudne do przewidzenia na tym etapie badań – stwierdza Olguin, podkreślając, że nanoroboty mogą nie tylko leczyć, ale również diagnozować choroby czy udoskonalać ciało. Inne pole, na którym działa Projekt Cyborg, to współpraca z Organovo, które „biodrukuje” tkanki ciała. Wykorzystując komórki macierzyste wątroby Organovo „wydrukowało” podstawową strukturę, która może „wmontować” się w funkcjonującą tkankę wątroby. Technologia jest już wystarczająco zaawansowana, aby dostarczać tkanki do badań farmaceutycznych, jednakże w ten sposób stworzona wątroba nadająca się do transplantacji to jeszcze kwestia lat.
Wszystko jest możliwe
Samoprodukcja, zwana też drukiem 4D jest – jak pokazują powyższe przykłady –bardzo różna od tradycyjnych form kreacji i wymaga prawdziwego zwrotu myślowego tak po stronie projektantów, jak i naukowców. Uczymy się, jak produkować rzeczy wykorzystując podejście z branży komputerowej – mówi Carlos Olguin. – W przypadku samoprodukcji obserwujemy zasady determinujące interakcje pomiędzy poszczególnymi cząstkami. Jeśli chodzi o nanoroboty, celem może być inhibicja konkretnej cząsteczki białka. Natomiast w przypadku krzesła celem może być komfort i odpowiednie wsparcie konkretnego typu sylwetki. Projektant decyduje o celu, ale to materiał określa, w jaki sposób go osiągnąć. Olguin dostrzega potencjał samoprodukcji, ale wierzy również, że wcale nie odbiegamy daleko od wizji przyszłości Erica Drexlera: Jeśli możemy kontrolować cząsteczki z nanoprecyzją i manipulować nimi począwszy od skali nano, to wszystko jest możliwe – nawet przekroczenie granic naszej własnej wyobraźni. Skylar Tibbits zauważa, że rosnące przenikanie się dyscyplin – nauk komputerowych, robotyki, mechaniki, inżynierii i biologii – jest kołem napędowym druku 4D. I – jeśli sensacja wzbudzona przez popcornowe krzesło De Smetsa przerodzi się w poważniejsze projekty, to właściciele marek i konsumenci będą z pewnością zainteresowani. Dzięki technologiom cyfrowym przywykliśmy do częstych zmian – uważa Carl De Smets. –W porównaniu z nimi świat materiałów wydaje się być statyczny. Myślę, że to dlatego tak duże zainteresowanie wzbudzają obecnie samokształtujące się przedmioty. To po prostu kolejny krok w rozwoju inżynierii materiałowej. Tak też chyba należy spojrzeć na produkty poligraficzne, którym daleko jeszcze do koncepcji druku 4D. Ale i druk 3D, o którym coraz głośniej w naszych kręgach, ma z tradycyjną poligrafią niewiele wspólnego… AN
