一种3D打印的“自我变形”木质结构，将会成为木材制造的未来（组图）
有朝一日，木制家具可以平装运输，然后烘干，形成最终的形状。
上图：用木浆墨水打印成扁平矩形，被编程为干燥固化后形成复杂的形状。
来自耶路撒冷希伯来大学的科学家们发明了一种木质墨水，可以挤压成扁平的木质结构，在干燥和收缩过程中可以自我变形成复杂的3D形状。研究人员上周在芝加哥举行的美国化学学会会议上展示了他们的研究成果。有一天，这种技术可能会被用于制造家具或其他木制产品，这些产品可以被平装运到一个目的地，然后干燥，形成所需的最终形状。
目前，开发新型变形材料是一个非常活跃的研究领域，因为它有很多有前景的应用，比如制造人造肌肉—人造材料、驱动器或类似的设备，可以模拟天然肌肉运动的收缩、扩张和旋转（扭矩）特性。这种形状的变化是对外部刺激的反应。
例如，大多数人造肌肉被设计成能对电场（如电活性聚合物）、温度变化（如形状记忆合金）以及气动带来的气压变化做出反应。2019年，一组日本研究人员在一种晶体有机材料中加入了一种聚合物，使其更灵活，通过使用他们的材料可以让一个铝箔纸娃娃做仰卧起坐，充分展示了他们的概念证明。
2020年，麻省理工学院的科学家们成功地创造了可以转变为更复杂结构的平面结构，包括人脸。这些结构采用了与3D打印相同的制造技术，但其设计可以随着时间的推移而变形，以响应湿度和温度的变化。有一天，它们可能会被用来制作可以在温度或其他环境条件发生变化时自行展开和膨胀的帐篷。其他潜在的用途包括可变形的望远镜镜片、支架、人造组织的支架和软机器人。
去年，皮克斯的商标动画 Luxo 平衡臂灯“Luxo, Jr.”帮助激发了一种新颖的方法，来构建用于机器人、生物技术和建筑应用的多功能变形材料。凯斯西储大学（Case Western Reserve University）和塔夫斯大学（Tufts University）的物理学家们发现，如何在没有任何外部刺激（如压力或热量）的情况下，通过附近凹凸不平的表面改变其物理外观，从而远程操纵通常平坦的液晶表面。卡内基梅隆大学的科学家们创造了一种简单的机制，来制作便于运输的扁平面食，而这种面食在烹饪时会呈现出特定的 3D 形状。
一般来说，典型的制造技术将木材等材料视为被动成型的物体。科学家埃兰·沙龙（Eran Sharon）在美国化学学会会议的新闻发布会上说：“你按下它、弯曲它、雕刻它、加工它，以获得所需的形状。如果你看看大自然，没有什么东西是这样形成的。组织慢慢地膨胀，形状从不同的膨胀和收缩分布中显现出来。这是自我变形。我们想回到这个概念的起源，回到自然，用木头来做。”
几年前，埃兰·沙龙和他的同事们从木材废料中提取了一种木质墨水，用于3D打印机，从而创造出一种自我变形的材料，同时也是环保的。没有添加合成树脂。他们从植物细胞中作为天然粘合剂的纤维素中获得了这个想法。
该研究的合作者多伦·卡姆（Doron Kam）说：“在自然界中，如果你砍倒一棵树，树就会开始干枯。水从木头上蒸发，它的体积变小了。由于木材中纤维取向的变化，这种收缩不均匀地发生。虽然翘曲被普遍认为是一个问题，但我们认为可以尝试理解这一现象，并利用它来实现理想的变形。”
上图：木浆墨水可以用 3D 打印机挤压成扁平的圆形。
为此，沙伦和卡姆设计了一个系统，可以将木浆挤压成扁平的圆形。当木浆墨水干了，它就会弯曲并形成一个新的3D形状。通过精确控制方向（喷嘴的路径或挤出机在空间中的运动方式），他们发现，他们可以控制最终物体的形状。
调整打印速度（木浆墨水的流速）可以提供额外的控制，因为收缩发生在垂直于墨水中的木纤维，打印速度会改变它们的对齐程度。较慢的速率会导致所有方向的收缩，因为粒子的方向更随机。更快的速度会产生更多的方向性收缩，因为纤维彼此对齐。
该团队能够产生几种不同的自变形配置。例如，一系列同心圆会收缩形成马鞍形状，而从中心点发出的射线，会变成圆顶或锥形结构。堆叠两个矩形层，每个打印方向不同，在干燥后会产生螺旋。研究人员发现，他们还可以对打印路径、速度和堆叠进行编程，以控制形状变化的特定方向，例如，确定矩形是否会扭曲为顺时针或逆时针螺旋。
这项工作是一个理论框架的原理证明，用于预测由木质墨水 3D 打印的自变形结构的最终形状。 下一步是组合鞍座、圆顶、螺旋和其他形状，以制作更复杂的最终对象，例如椅子。 研究团队设想有一天，修剪树木或落叶的碎屑可以回收用于制造木材墨水，这样就不用运输木材来建造（或重建）桌椅了。
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