Hollandalı araştırmacılar, renk değiştiren bir böceğin ve çevredeki havadaki değişen neme tepki olarak açılıp kapanan bir deniz tarağı kabuğunun modellerini ürettiler. Doğadaki yanardöner yapılardan ilham alan, Jeroen Sol ve Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'ndeki meslektaşları, özel bir sıvı kristali standart 3D baskı tekniklerine entegre edebileceklerini ve değişen ortamlara tepki veren "4D baskılı" cihazlar yaratabileceklerini gösterdiler.
Milyonlarca yıl boyunca birçok organizma, anatomilerinde, uyaranlara tepki olarak canlı yanardöner renklerini değiştirmelerine olanak tanıyan mikro ölçekli yapılar geliştirmiştir. Son zamanlarda araştırmacılar aynı şekilde renk değiştiren mürekkepler geliştirdiler ve bunları 3D baskılı yapılara dahil etme denemelerine başladılar.
Bu teknolojiye 4D baskı adı verildi; burada dördüncü boyut, baskı sonrasında yapılarda yapılan geri dönüşümlü, zamanla değişen değişiklikleri temsil ediyor. 4D baskıda yaygın olarak kullanılan tekniklerden biri mürekkebin doğrudan 3D baskılı yapılara bırakılmasıdır. Bu yaklaşım, birçok malzeme türünün yanı sıra çok çeşitli yazdırma sıcaklıkları, hızları ve yol tasarımlarını da barındırabilir.
Sıvı kristaller çevresel değişikliklere tepki verir
4D baskı için özellikle ümit verici bir mürekkep sınıfı kolesterik sıvı kristallerdir (ChLC'ler). Geleneksel sıvı kristallerde moleküller sıvı gibi akarken katı kristal gibi yönlendirilirler. ChLC'lerde, birden fazla dikey katman boyunca düzenlenen moleküller, yönelimlerinde spiral yapıları benimseyebilir. En önemlisi, bu yapılar suyun varlığına, belirli kimyasal bileşiklere ve mekanik kuvvetlere bağlı olarak kolayca ve tersine çevrilebilir şekilde değiştirilebilir; bunların tümü optik özelliklerini değiştirir.
tanımladıkları çalışmalarında, Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler, Sol ve meslektaşları bir uzun boynuzlu böcek türünden ilham aldılar (Tmesisternus isabellae) neme tepki olarak yanardöner rengini değiştirir. Bu etkiyi yeniden oluşturmak için araştırmacılar, 3D baskılı bir böceğin arkasına ChLC mürekkebi uyguladılar ve ardından bu katmana, kristal yapısının neme tepki vermesini sağlayacak şekilde asit uyguladılar.
Yüksek nem koşullarında mürekkep şişti. Bu, böceğin sarmal moleküler yapısını değiştirerek böceğin canlı yanardöner renginin yeşilden kırmızıya dönüşmesine neden oldu. Nem giderildiğinde mürekkep orijinal yapısına geri döndü ve böcek tekrar yeşile döndü.
Açık ve kapalı bir dava
Paralel bir deneyde Sol ve meslektaşları, yüksek nemde şişmeye eğilimli bir ChLC elastomer malzemeden açık bir deniz kabuğu bastı. Ekip daha sonra bu nem tepkisini ortadan kaldırmak için kabuğun bir tarafını ışıkla tedavi ederken, diğer tarafını da böcekte olduğu gibi asitle tedavi etti. Bu, kuru havaya maruz kaldığında asitle işlenmiş tarafın büzülmesi, kabuğun kenetlenmesine neden olması, ancak nemli hava geri geldiğinde tekrar açılması anlamına geliyordu.
Mürekkep püskürtme tekniği, tek bir şeffaf mürekkepten yapısal renklerin gökkuşağını basıyor
Sol'un ekibi, bu tersine çevrilebilir, uyaranlara duyarlı davranışların robotik ve algılama teknolojilerindeki uygulamalara ilham verebileceğini söylüyor. Uygun fiyatlı, giyilebilir 3D baskılı cihazların, hastaların yalnızca cihazların değişken yanardöner renklerini takip ederek semptomlarını izlemelerine olanak tanıdığı sağlık hizmetlerinde özellikle yararlı olabilirler.
