原文：These self-morphing 3D wood shapes could be future of wood manufacturing[8/31/2022]
撰文：Jennifer Ouellette
编译：刘唐诗
文章来源：Arstechnica
耶路撒冷希伯来大学的科学家们创造了一种木墨水，这种墨水可以挤压成扁平的木结构，在干燥和收缩时自动变形为复杂的 3D 形状。
研究人员在上周于芝加哥举行的美国化学学会会议上介绍了他们的研究。这项技术有朝一日可用于制造家具或其他木制产品，这些产品可以平装运到目的地，然后干燥以形成所需的最终形状。
“有一天，木制家具可以平放，
然后干燥形成最终形状。”
开发新型变形材料是一个非常活跃的研究领域，因为有很多有前途的应用，例如制造人造肌肉——人造材料、致动器或模拟收缩、扩张和扩张的类似设备。自然肌肉运动的旋转（扭矩）特性。形状变化是响应外部刺激而发生的。
例如，大多数人造肌肉被设计成对电场（如电活性聚合物）、温度变化（如形状记忆合金和 钓鱼线）以及通过气动装置的气压变化作出反应。2019 年，一组日本研究人员 在一种结晶有机材料中加入了一种聚合物，使其更加柔韧，并通过使用他们的材料制作铝箔纸娃娃做仰卧起坐来展示他们的概念证明。
2020 年，麻省理工学院的科学家们成功地创造了平面结构，可以转化为更复杂的结构，包括人脸。这些结构采用与 3D 打印相同的制造技术，但设计为随着时间的推移而变形以响应湿度和温度的变化。有朝一日，它们可能会被用来制造能够在温度或其他环境条件发生变化时自行展开和充气的帐篷。其他潜在用途包括可变形望远镜镜头、支架、人造组织支架和软机器人。
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。凯斯西储大学和塔夫茨大学的物理学家想出了如何在没有任何外部刺激（例如压力或热量）的情况下远程操纵液晶的通常平坦表面，仅通过附近存在凹凸不平的表面来改变其物理外观。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用于运输的扁平面食，这种面食在烹饪时呈现出特定的 3D 形状。
典型的制造技术将木材等材料视为被动成型的物体。“你按下它、弯曲它、雕刻它、加工它，以获得所需的形状，”Eran Sharon 在 ACS 会议的新闻发布会上说。“如果你看看大自然，没有任何东西是这样制造的。组织轻轻地膨胀，形状从这种不同膨胀和收缩的分布中浮现出来。这是自我变形。我们想回到这个概念的起源，自然，用木头来做。”
Wood 墨水可以用 3D 打印机挤压成扁平的圆形。
几年前，Sharon 和他的同事们为 3D 打印机创造了一种从木材废料中提取的木质墨水，以创造出一种环保的自变形材料。没有添加合成树脂。他们从用作天然粘合剂的植物细胞中的纤维素中获得了这个想法。
“在自然界中，如果你砍倒一棵树，树就会开始变干，”Sharon 的联合主持人 Doron Kam 说。“水从木头中蒸发；它失去了体积并收缩了。” 由于木材中纤维方向的变化，这种收缩发生不均匀。虽然翘曲被认为是个问题，但“我们认为我们可以尝试理解这种现象并将其用于理想的变形，” Kam 说。
Sharon 和 Kam 设计了一种系统，可以将木质墨水挤出成扁平的圆形。随着墨水变干，它会变形并形成新的 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移动方式），他们发现他们可以控制最终物体的形状。
调整打印速度（墨水的流速）可以提供额外的控制，因为收缩垂直于墨水中的木纤维发生，并且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，因为颗粒的取向更随机。更快的速度会产生更多的定向收缩，因为纤维彼此对齐。
Wood 墨水打印为平面矩形，经过程序干燥和固化后形成复杂的形状。
该团队能够产生几种不同的自变形配置。例如，一系列扁平的同心圆收缩形成马鞍形，而从中心点发出的光线则变成圆顶或锥形结构。堆叠两个矩形层，每个层都以不同的方向打印，干燥后会产生一个螺旋。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成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。Sharon 和 Kam 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，从而无需运输木质材料来建造（或重建）椅子或桌子。
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