כשאתה מתחיל לרוץ הנעליים משתנות איתך

"זו דרך חדשה לייצר חומרים ומוצרים", אומר ל"כלכליסט" הארכיטקט והמעצב סקיילר טיביטס, שמוביל את המחקר בתחום כמייסד ומנהל מעבדת ה־Self Assembly באוניברסיטה הנחשבת MIT. "נוכל ליצור, למשל, בגדים שיתאימו את עצמם למזג האוויר בחוץ — גשם או שמש — או נעליים שישנו את תכונותיהן אם המשתמש עובר מהליכה לריצה. הדפסה בארבעה ממדים תאפשר התאמה אישית של הפריטים שיורדים מפס הייצור".

הופכים את הרעיון למציאות

אבל טיביטס לא מסתפק בפיתוח מוצרים לתחום הביתי, והמעבדה שהוא מנהל מפתחת מוצרים גם בתחומי התשתיות ואף לתעשיית החלל. "אנחנו מנסים למצוא יישומים בטכניקות בנייה חדשות, במיוחד בסביבות קיצון. במקום שיצטרכו לחבר מערכות מורכבות הן יוכלו להשתלב בסביבה בעצמן. הדוגמה הטובה ביותר שאנחנו בוחנים כעת היא צינורות מים הניתנים לתכנות ויכולים להתרחב או להתכווץ ולשלוט בקצב הזרימה או בלחץ המים. הצינורות ישנו את צורתם כדי להניע את המים, והצינור יהפוך למעשה לווסת ולמשאבה".

החפצים לומדים להכיר את העולם

לעיסוק בהדפסה בארבעה ממדים הגיע טיביטס, בעל שני תארים מתקדמים מ־MIT — אחד במדעי המחשב ושני בעיצוב ממוחשב — מעיסוק בן כמה שנים בתחום ההרכבה העצמית. "זהו תחום שבו חלקים שונים מתחברים בעצמם לכדי תוצר אחד, בלי כל אינטראקציה אנושית", הוא מסביר. "כיום יש מהפכה מדהימה שמרחשת ברמת המיקרו והננו־חומרים — ביולוגיה סינתטית, ננו־טכנולוגיות, מכשירים ביו־רפואיים ועוד. כל הדברים האלו שוברים גבולות ומאפשרים לנו להבין שאפשר לתכנת חומרים פיזיים וביולוגיים כך שיוכלו לשנות צורה ותכונות.

"אנחנו סבורים שאפשר לתרגם את היכולות מרמת הנאנו לקנה המידה האנושי. המעבדה שלנו הוכיחה שחומרים בעלי תכונות של הרכבה עצמית יכולים לפעול בקנה מידה גדול. התפקיד שלנו הוא לייעל את המעבר מרעיון למציאות, ולהוציא את השלב האמצעי המקובל שבו מוסיפים 'חוכמה' לחומר. בדרך כלל צריך להוסיף מגנטים, חומרים אלסטיים, קפיצים או חלקים מכניים. אלו האמצעים המסורתיים ליצור מערכת 'חכמה' שיכולה לשנות צורה ותכונות.

"בהדפסה בארבעה ממדים אנחנו יכולים להדפיס ישירות את התוצר הסופי. מודפסים שני חומרים בו זמנית: אחד מהם הוא המבנה הגיאומטרי והשני הוא החומר הפעיל. כשהתוצר יוצא מהמדפסת ונטבל במים, הוא משנה צורתו מקו או משטח דו־ממדי למבנה תלת־ממדי שמתקשה לגמרי בכוחות עצמו".

סקיילר טיביטס, MIT: "התפקיד שלנו הוא לייעל את המעבר מרעיון למציאת. היום אפשר לתכנת חומרים פיזיים וביולוגיים כך שישנו צורהו תכונות ואנחנו מתרגמים את היכולות האלה לקנה מידה אנושי"צילום: ריין לאש

המעבדה של טיביטס כבר הנפיקה כמה אבות־טיפוס שמדגימים כי העיקרון שהוא מציג עובד. האב־טיפוס הראשון היה חוט פשוט שמתקפל בצורת האותיות MIT כשהוא נטבל במים. בשלב הבא הדפיסה המעבדה סדין של חומר, שהתקפל לצורת קובייה תלת־ממדית קשיחה בעלת פאות.

הדרך למוצר חכם

מתנפח פי 150

לאחר הדפסת הסדין עברו במעבדה להדפסת דגמים גדולים יותר, ולצורך כך השתמשו בבריכה גדולה: "הדפסנו חוט באורך 4.3 מטרים שהתקפל לקובייה בגודל 20.3 ס"מ. ואז הדפסנו חוט באורך 12.2 מטר, שכרנו בריכה ב־MIT, והוא התקפל בתוכה לקובייה בגודל 20.3 ס"מ — ירידה של פי 57 באורך".

ההדפסה עצמה מתבצעת במדפסות תלת־ממד מתקדמות במיוחד, שמסוגלות להדפיס תוצרים בקנה מידה גדול ולשלב בין יותר מחומר גלם אחד. אך הגורם החשוב ביותר בתהליך הוא לא הטכניקה אלא החומר הפעיל שמודפס.

"החומר סופח מים, מתנפח עד פי 150 מגודלו ואז יכול לגרום למפרק להתעקל בכיוון הרצוי, בהתאם לנקודה שאליה הוא מחובר. כמות רבה יותר של חומר תהפוך את המבנה ליציב יותר, אבל ההליך יהיה אטי יותר. אפשר לשלוט בזמן הטרנספורמציה באמצעות כמות החומר, אבל אפשר גם לשנות את הטמפרטורה של המים: במים חמים ההליך מהיר יותר", מסביר טיביטס.