नीदरलैंड के शोधकर्ताओं ने एक बीटल के मॉडल तैयार किए हैं जो रंग बदलते हैं और एक स्कैलप खोल जो आसपास की हवा में बदलती आर्द्रता के जवाब में खुलता और बंद होता है। प्रकृति में इंद्रधनुषी संरचनाओं से प्रेरित होकर, जेरोएन सोलो और आइंडहोवन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के सहयोगियों ने दिखाया कि वे एक विशेष लिक्विड क्रिस्टल को मानक 3 डी-प्रिंटिंग तकनीकों में एकीकृत कर सकते हैं, जिससे "4 डी प्रिंटेड" डिवाइस बन सकते हैं जो उनके बदलते परिवेश पर प्रतिक्रिया करते हैं।
लाखों वर्षों में, कई जीवों ने अपनी शारीरिक रचना में सूक्ष्म-पैमाने की संरचनाएं विकसित की हैं जो उन्हें उत्तेजनाओं के जवाब में अपने जीवंत इंद्रधनुषी रंगों को बदलने की अनुमति देती हैं। हाल ही में, शोधकर्ताओं ने स्याही विकसित की है जो उसी तरह रंग बदलती है और उन्हें 3 डी-मुद्रित संरचनाओं में शामिल करने के साथ प्रयोग करना शुरू कर दिया है।
इस तकनीक को 4डी प्रिंटिंग कहा गया है, जहां चौथा आयाम मुद्रण के बाद संरचनाओं में प्रतिवर्ती, समय-भिन्न परिवर्तनों का प्रतिनिधित्व करता है। 4डी प्रिंटिंग में व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली एक तकनीक है स्याही को सीधे 3डी प्रिंटेड संरचनाओं पर जमा करना। यह दृष्टिकोण कई प्रकार की सामग्री के साथ-साथ मुद्रण तापमान, गति और पथ डिजाइन की एक बहुमुखी श्रेणी को समायोजित कर सकता है।
लिक्विड क्रिस्टल पर्यावरणीय परिवर्तनों का जवाब देते हैं
4D प्रिंटिंग के लिए स्याही का एक विशेष रूप से आशाजनक वर्ग कोलेस्टरिक लिक्विड क्रिस्टल (ChLCs) हैं। पारंपरिक लिक्विड क्रिस्टल में, अणु एक तरल की तरह बहते हैं जबकि अभी भी खुद को एक ठोस क्रिस्टल की तरह उन्मुख करते हैं। ChLCs में, कई ऊर्ध्वाधर परतों में व्यवस्थित अणु अपने अभिविन्यास में सर्पिल संरचनाओं को अपना सकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, इन संरचनाओं को पानी, कुछ रासायनिक यौगिकों और यांत्रिक बलों की उपस्थिति के जवाब में आसानी से और विपरीत रूप से भिन्न किया जा सकता है - ये सभी उनकी ऑप्टिकल विशेषताओं को बदलते हैं।
अपने अध्ययन में, जिसका वे वर्णन करते हैं उन्नत कार्यात्मक सामग्री, सोल और उनके सहयोगियों ने लॉन्गहॉर्न बीटल की एक प्रजाति से प्रेरणा ली (टेमिस्टरनस इसाबेला) जो नमी की प्रतिक्रिया में अपना इंद्रधनुषी रंग बदलता है। इस प्रभाव को पुन: उत्पन्न करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 3 डी-मुद्रित बीटल के पीछे सीएलसी स्याही को शामिल किया, फिर इस परत को एसिड के साथ इस तरह से इलाज किया कि इसकी क्रिस्टल संरचना नमी का जवाब देगी।
उच्च आर्द्रता की स्थिति में, स्याही सूज गई। इसने इसकी सर्पिल आणविक संरचना को बदल दिया, जिससे बीटल का जीवंत इंद्रधनुषी रंग हरे से लाल रंग में बदल गया। एक बार नमी हटा दिए जाने के बाद, स्याही वापस अपनी मूल संरचना में वापस आ गई, और बीटल फिर से हरा हो गया।
एक खुला और बंद मामला
एक समानांतर प्रयोग में, सोल और उनके सहयोगियों ने उच्च आर्द्रता में सूजन के लिए प्रवण एक ChLC इलास्टोमेर सामग्री से एक खुले स्कैलप खोल को मुद्रित किया। टीम ने फिर इस नमी प्रतिक्रिया को दूर करने के लिए खोल के एक तरफ प्रकाश के साथ इलाज किया, जबकि दूसरी तरफ एसिड के साथ इलाज किया जैसा कि उन्होंने बीटल के साथ किया था। इसका मतलब यह था कि शुष्क हवा के संपर्क में आने पर, एसिड-उपचारित पक्ष सिकुड़ जाता है, जिससे खोल बंद हो जाता है, केवल एक बार नम हवा बहाल होने के बाद फिर से खुल जाता है।
इंकजेट तकनीक एक पारदर्शी स्याही से संरचनात्मक रंगों के इंद्रधनुष को प्रिंट करती है
सोल की टीम का कहना है कि ये प्रतिवर्ती, उत्तेजना-प्रतिक्रियात्मक व्यवहार रोबोटिक्स और सेंसिंग प्रौद्योगिकियों में अनुप्रयोगों को प्रेरित कर सकते हैं। वे स्वास्थ्य देखभाल में विशेष रूप से उपयोगी हो सकते हैं, जहां सस्ती, पहनने योग्य 3 डी प्रिंटेड डिवाइस मरीजों को उनके लक्षणों की निगरानी करने की अनुमति देते हैं, बस उपकरणों के परिवर्तनीय इंद्रधनुषी रंगों को ट्रैक करके।
