IBM پتنت جدیدی برای چاپ چهاربعدی (4D Printing) ثبت کرده است که از مواد هوشمند و یادگیری ماشین برای جابه‌جایی میکروذرات استفاده می‌کند. این فناوری پیشرفته امکان تغییر شکل و عملکرد مواد را بر اساس شرایط محیطی فراهم می‌کند و کاربردهای بالقوه‌ای در حوزه‌های پزشکی، الکترونیک و مهندسی دارد.
به گزارش تکناک، این ثبت اختراع که از سوی دفتر ثبت اختراعات و علائم تجاری ایالات متحده تأیید شده، نشان‌دهنده پیشرفتی در حوزه فناوری چاپ 4D و کاربردهای آن در صنایع مختلف از جمله پزشکی و الکترونیک است.
فهرست مطالب
مکانیزم عملکرد چاپ 4D در انتقال میکروذرات
تامزهاردور می‌نویسد که بر اساس این پتنت، مواد هوشمند مورد استفاده در این فناوری شامل آلیاژهای حافظه‌دار یا پلیمرهایی هستند که نسبت به عوامل خارجی مانند دما، نور، مغناطیس یا جریان الکتریکی واکنش نشان می‌دهند. این مواد پس از تغییر شکل، قابلیت بازگشت به فرم اولیه خود را دارند، که همین ویژگی امکان ایجاد حرکت و انتقال میکروذراتی را فراهم می‌کند که جابه‌جایی آنها با روش‌های معمولی دشوار یا غیرممکن است.
در این فرآیند، کاربر باید مسیر انتقال، شرایط محیطی و ویژگی‌های جسم موردنظر، از جمله اندازه، شکل، وزن و ترکیب آن را مشخص کند. پس از ثبت این اطلاعات، یک الگوریتم یادگیری ماشین، محرک مناسبی را برای حرکت ماده اعمال می‌کند. این محرک می‌تواند گرما یا نور باشد که باعث واکنش بخشی از ماده 4D شده و منجر به ایجاد نیرویی برای انتقال محموله می‌شود.
قابلیت‌های نظارتی و عملکرد خودکار
سیستم طراحی‌شده توسط IBM نه‌تنها از مسیر اولیه تعیین‌شده پیروی می‌کند، بلکه با استفاده از زبان ماشین، مسیر حرکت مواد 4D را تحت نظارت قرار می‌دهد. این فناوری در صورت مواجهه با موانع یا انحراف از مسیر، به‌طور خودکار مشکلات را شناسایی و اصلاح می‌کند و عملیات را با کمترین مداخله انسانی ادامه می‌دهد. هنگامی که ماده هوشمند به مقصد برسد، تمامی محرک‌های خارجی حذف شده و محموله آن تحویل داده می‌شود.
کاربردهای فناوری چاپ 4D در پزشکی و صنعت
فناوری 4D قابلیت جابه‌جایی میکروذراتی با قطر ۱ تا ۱۰۰ میکرون را دارد. علاوه بر این، روش‌های کنترلی متنوع آن باعث می‌شود که در محیط‌های مختلف حرکت کند و برای کاربردهای گوناگون از جمله در حوزه‌های پزشکی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
در حوزه پزشکی، این فناوری می‌تواند به انتقال داروهای خاص به سلول‌های هدف از طریق جریان خون یا سیستم گوارشی کمک کند. این امر می‌تواند تحولی در روش‌های درمانی، از جمله در حوزه دارورسانی دقیق، ایجاد کند. همچنین در صنعت الکترونیک، این تکنولوژی می‌تواند در تولید قطعات الکترونیکی کوچک و حتی توسعه روش‌های جدید در تولید نیمه‌هادی‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
چاپ 4D؛ گامی فراتر از چاپ 3D
چاپ 4D بر پایه فناوری 3D توسعه یافته است، اما تفاوت اصلی آن در این است که مواد مورد استفاده در این روش قادرند به محرک‌های خارجی واکنش نشان داده و تغییر شکل دهند. این ویژگی به محققان امکان می‌دهد تا از آن برای ایجاد حرکت بهره ببرند، مشابه عملکرد یک سلول تک‌یاخته‌ای که از واکنش‌های شیمیایی در غشای خود برای جابه‌جایی استفاده می‌کند.
با این پیشرفت، IBM نه‌تنها افق‌های جدیدی را در حوزه چاپ 4D گشوده، بلکه مسیر را برای توسعه کاربردهای نوین در صنایع مختلف هموار کرده است. این فناوری می‌تواند نقشی کلیدی در آینده صنعت پزشکی، رباتیک، نیمه‌هادی‌ها و بسیاری دیگر از حوزه‌های فناوری ایفا کند.
