วัตถุไม้มักทำด้วยเลื่อย แกะสลัก ดัดหรือกด นั่นมันโรงเรียนเก่ามาก! วันนี้ นักวิทยาศาสตร์จะอธิบายว่ารูปทรงไม้แบนๆ ที่อัดด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สามารถตั้งโปรแกรมให้แปลงตัวเองเป็นรูปร่าง 3 มิติที่ซับซ้อนได้อย่างไร ในอนาคต เทคนิคนี้สามารถใช้ทำเฟอร์นิเจอร์หรือผลิตภัณฑ์ไม้อื่นๆ ที่สามารถจัดส่งแบบเรียบไปยังปลายทางแล้วตากให้แห้งเพื่อให้ได้รูปทรงสุดท้ายที่ต้องการ
นักวิจัยจะนำเสนอผลงานของพวกเขาในการประชุมฤดูใบไม้ร่วงของ American Chemical Society (ACS) ACS Fall 2022 เป็นการประชุมแบบไฮบริดที่จัดขึ้นแบบเสมือนจริงและแบบส่วนตัวในวันที่ 21-25 ส.ค. พร้อมการเข้าถึงแบบออนดีมานด์ในวันที่ 26 ส.ค.–ก.ย. 9. การประชุมมีการนำเสนอเกือบ 11,000 รายการในหัวข้อวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย
ในธรรมชาติ พืชและสัตว์บางชนิดสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือพื้นผิวของมันเองได้ แม้ว่าต้นไม้จะถูกโค่นล้มไปแล้ว ไม้ของมันก็สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อแห้ง มันหดตัวไม่สม่ำเสมอและบิดเบี้ยวเนื่องจากการแปรผันของการวางแนวเส้นใยภายในเนื้อไม้ “การบิดเบี้ยวอาจเป็นอุปสรรคได้” โดรอน คัม นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาซึ่งนำเสนองานในที่ประชุมกล่าว “แต่เราคิดว่าเราสามารถพยายามทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้และปรับให้เป็นรูปร่างที่ต้องการได้”
Eran Sharon, Ph.D. หนึ่งในผู้ตรวจสอบหลักของโครงการกล่าวว่าโครงสร้างเทียมไม่เหมือนกับวัตถุธรรมชาติบางชนิด แต่ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มพิมพ์แผ่นเรียบที่สามารถสร้างตัวเองเป็นรูปร่าง 3 มิติ หลังจากการกระตุ้น เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ค่า pH หรือความชื้น ชารอนกล่าว อย่างไรก็ตาม แผ่นที่ปรับรูปร่างได้เองเหล่านี้ทำมาจากวัสดุสังเคราะห์ เช่น เจลและอีลาสโตเมอร์ เขากล่าว
“เราต้องการย้อนกลับไปสู่ต้นกำเนิดของแนวคิดนี้ สู่ธรรมชาติ และทำด้วยไม้” ชารอนกล่าว เขาและคัม — เช่นเดียวกับ Shlomo Magdassi, Ph.D. และ Oded Shoseyov, Ph.D., ผู้วิจัยหลักคนอื่นๆ ที่เข้าร่วมในความท้าทายนี้กับ Ido Levin, Ph.D. ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในขณะนั้น — อยู่ที่ The Hebrew University of Jerusalem
ไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทีมงานได้พัฒนาหมึกน้ำที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กของเศษไม้ที่เรียกว่า “แป้งไม้” ผสมกับเซลลูโลสนาโนคริสตัลและไซโลกลูแคน ซึ่งเป็นสารยึดเกาะตามธรรมชาติที่สกัดจากพืช จากนั้นนักวิจัยก็เริ่มใช้หมึกในเครื่องพิมพ์ 3 มิติ พวกเขาเพิ่งค้นพบว่าวิธีการวางหมึกหรือ “ทางเดิน” เป็นตัวกำหนดพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปเมื่อความชื้นระเหยออกจากชิ้นงานที่พิมพ์ ตัวอย่างเช่น จานแบนที่พิมพ์เป็นชุดของวงกลมที่มีศูนย์กลางเดียวกันจะแห้งและหดตัวเพื่อสร้างโครงสร้างคล้ายอานม้าที่ชวนให้นึกถึงมันฝรั่งทอด Pringles ® และจานที่พิมพ์เป็นชุดของรังสีที่เล็ดลอดออกมาจากจุดศูนย์กลางจะกลายเป็นโดมหรือ โครงสร้างคล้ายกรวย
รูปทรงขั้นสุดยอดของวัตถุยังควบคุมได้ด้วยการปรับความเร็วในการพิมพ์ ทีมงานพบว่า นั่นเป็นเพราะการหดตัวเกิดขึ้นในแนวตั้งฉากกับเส้นใยไม้ในหมึก และความเร็วในการพิมพ์จะเปลี่ยนระดับการเรียงตัวของเส้นใยเหล่านั้น อัตราที่ช้าลงจะทำให้อนุภาคมีทิศทางแบบสุ่มมากขึ้น ดังนั้นการหดตัวจึงเกิดขึ้นในทุกทิศทาง การพิมพ์ที่รวดเร็วขึ้นจะช่วยจัดเรียงเส้นใยให้ตรงกัน ดังนั้นการหดตัวจึงมีทิศทางมากขึ้น
นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้วิธีตั้งโปรแกรมความเร็วในการพิมพ์และเส้นทางเพื่อให้ได้รูปทรงสุดท้ายที่หลากหลาย พวกเขาพบว่าการวางซ้อนสองชั้นสี่เหลี่ยมที่พิมพ์ในทิศทางที่ต่างกันจะทำให้เป็นเกลียวหลังจากการทำให้แห้ง ในงานล่าสุด พวกเขาพบว่าพวกเขาสามารถตั้งโปรแกรมเส้นทางการพิมพ์ ความเร็ว และการวางซ้อนเพื่อควบคุมทิศทางเฉพาะของการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง เช่น ว่าสี่เหลี่ยมจะบิดเป็นเกลียวที่หมุนตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา
การปรับแต่งเพิ่มเติมจะช่วยให้ทีมรวมอานม้า โดม เฮลิซ และลวดลายการออกแบบอื่นๆ เข้าด้วยกันเพื่อสร้างวัตถุที่มีรูปร่างสุดท้ายที่ซับซ้อน เช่น เก้าอี้ ในท้ายที่สุด มันอาจเป็นไปได้ที่จะทำผลิตภัณฑ์ไม้ที่จัดส่งให้กับผู้ใช้ปลายทาง ซึ่งสามารถลดปริมาณการขนส่งและต้นทุนได้ Kam กล่าว “จากนั้น ที่ปลายทาง วัตถุอาจบิดเบี้ยวเป็นโครงสร้างที่คุณต้องการ” ในที่สุด อาจเป็นไปได้ที่จะอนุญาตให้ใช้เทคโนโลยีนี้สำหรับใช้ในบ้าน เพื่อให้ผู้บริโภคสามารถออกแบบและพิมพ์วัตถุไม้ของตนเองด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไป ชารอนกล่าว
ทีมงานกำลังสำรวจว่ากระบวนการ morphing สามารถย้อนกลับได้หรือไม่ “เราหวังว่าจะแสดงให้เห็นว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ เราสามารถทำให้องค์ประกอบเหล่านี้ตอบสนองต่อความชื้นได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเราต้องการเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุอีกครั้ง” ชารอนกล่าว
นักวิจัยรับทราบเงินทุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และอวกาศของอิสราเอล
