哈佛大学实现精准可控的4D打印，来自自然界的灵感

自然界中，植物的卷须卷，花朵的盛开，松果的打开和关闭，这一切是如何发生的？其中的奥秘－"Inverse Problem"，逆向变化路径可以通过数学的模型来求解...

于是，当材料科学与数学相结合，为我们展示的是精准可控的4D打印技术，为此，3D科学谷邀您一起欣赏哈佛大学的最新发现：

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解决的问题叫做

“Inverse Problem”

2016年1月25日，波士顿的哈佛大学威斯生物工程研究所和哈佛大学保尔森工程与应用科学学院的科学家们宣布将他们的微型3D打印技术推向第四个维度：时间。实现4D打印并非了不起的事情，哈佛的这一研究最重要的是实现了形态变化的精准可控。

灵感来自于自然界的植物生长和花朵绽放，在自然界中，花卉和植物的组织成分和微观结构带来他们随着环境和时间变化的形态改变，4D打印的水凝胶复合材料实现了精确的局部肿胀和变形的行为。3D科学谷了解到其其中的奥秘来自于水凝胶复合材料中含有来自木材的纤维素纤维，这些纤维是使植物的形状发生变化的微观结构。

在打印过程中，通过对纤维素纤维的排列，将水凝胶复合油墨编程成具有各向异性的肿胀和延展性的材料，从而可以形成复杂的形状变化。纤维素纤维的各向异性性质，使得可以预测和控制不同方向变形的特性。3D科学谷了解到这就像为什么木材沿着其纵向的纹理更容易被劈开一样的道理。通过专有的数学模型算法仿真预测，开发团队可以控制4D打印的对象达到规定的变形形状。

通过数学模型来控制弯曲的离散和连续性，这一技术开辟了许多新的和令人兴奋的应用，包括智能纺织品、软性电子、生物医学设备以及组织工程等领域。更甚的是，还可以交换不同的材料以调整性能，如导电性或生物相容性。

值得注意的是，这项科研工作的资金支持来自于美国陆军研究办公室（ARO）和美国国家科学基金会材料科学与工程研究中心（MRSEC）。看来，小花朵，大学问，哈佛大学的这一技术应用前景值得重视。

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