MIT科學(xué)家通過(guò)模仿桑蠶織繭來(lái)3D打印小亭子

設(shè)計(jì)師往往通過(guò)仿生設(shè)計(jì)從大自然里獲得設(shè)計(jì)靈感，這些被模仿的對(duì)象是物競(jìng)天擇中的幸存者，是久經(jīng)考驗(yàn)的，其中往往蘊(yùn)含著問(wèn)題的最佳解。MIT媒體實(shí)驗(yàn)室的科研人員們正在從桑蠶身上尋找答案，通過(guò)模仿蠶編織蠶繭的方式來(lái)3D打印一個(gè)小亭子，目的是打破現(xiàn)有加層制造技術(shù)在建造規(guī)模方面的限制。

蠶繭外表面的彩色掃描電鏡圖片

3D打印亭子的項(xiàng)目由建筑師兼介導(dǎo)物質(zhì)集團(tuán)（Mediated Matter Group）創(chuàng)始人Neri Oxman領(lǐng)銜，還有來(lái)自塔夫茨大學(xué)和哈弗大學(xué)的研究人員。該小組將微型磁鐵固定在桑蠶的頭部，用來(lái)發(fā)現(xiàn)蠶是如何在自己的頭部周圍“打印”蠶繭的。通過(guò)跟蹤蠶的頭部的運(yùn)動(dòng)軌跡，科學(xué)家們希望把收集的跟蹤數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機(jī)里面，打印機(jī)上連有機(jī)器臂，從而在更大規(guī)模上研究生物結(jié)構(gòu)。

目前3D打印機(jī)大多用來(lái)生產(chǎn)同種性質(zhì)的單一材料，而大自然里的材料往往顯示出多樣化的特性。比如蠶在織繭時(shí)頭部呈8字形旋轉(zhuǎn)，從而會(huì)改變蠶絲纖維的密度和紋路，通過(guò)這種動(dòng)作能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)和環(huán)境的限制來(lái)控制蠶繭的機(jī)械性質(zhì)，進(jìn)而讓編織出來(lái)的蠶繭外面粗糙，內(nèi)部柔軟。相當(dāng)于一部可以打印多種材料的移動(dòng)3D打印機(jī)。

這個(gè)蠶絲亭子將使用MIT媒體實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字制造技術(shù)建造，預(yù)計(jì)將在4月22日開工，范圍為3.7×3.7米。Oxman認(rèn)為，在建筑領(lǐng)域內(nèi)，這種采用機(jī)器臂的自由打印方式要比現(xiàn)有3D打印機(jī)更有前景。后者只能沿著3個(gè)軸運(yùn)動(dòng)，并且在打印時(shí)需要同時(shí)打印復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)，防止打印部件倒塌。

她表示未來(lái)的建筑物有可能是由一群微型機(jī)器人建造的。3D打印首先是一種組織材料的方式，從這個(gè)角度看的話人們有可能超越現(xiàn)有技術(shù)，擺脫現(xiàn)有限制，將其應(yīng)用在結(jié)構(gòu)、材料更加復(fù)雜的建筑業(yè)中。比如通過(guò)4D打印技術(shù)（響應(yīng)式打印）可以克服材料限制，通過(guò)使用多臺(tái)交互式打印機(jī)可以擺脫結(jié)構(gòu)限制，通過(guò)機(jī)器臂把加層制造變成3D空間內(nèi)的編織制造（她稱之為“數(shù)控編織”）可以擺脫工藝限制。

Oxman相信，在短期內(nèi)，只有在改變傳統(tǒng)建造工藝并對(duì)文化背景保持敏感的情況下，3D打印技術(shù)在建筑業(yè)中才能獲得成功。如果只是使用更大的打印平臺(tái)，規(guī)模限制很難突破，如果采用集群建造或能夠在打印過(guò)程中加入鋼筋的話，那么建造業(yè)才能真正實(shí)現(xiàn)重大突破。