Tänk dig smarta material som kan förändras från att vara styva som trä till så mjuka som en svamp - och även ändra form.

Rutgers University-New Brunswick ingenjörer har skapat flexibla, lätta material med 4-D-utskrift som kan leda till bättre stötdämpning, morphing flygplan eller drone vingar, mjuk robotik och små implanterbara biomedicinska enheter. Deras forskning publiceras i tidskriften Material Horizons .

3d-utskrivning, även känd som additiv tillverkning, förvandlar digitala ritningar till fysiska objekt genom att bygga dem lager för lager. 4-D-utskrift är baserad på denna teknik, med en stor skillnad:det använder speciella material och sofistikerade mönster för att skriva ut objekt som ändrar form med miljöförhållanden som temperatur som en utlösare, sa seniorförfattaren Howon Lee, biträdande professor vid Institutionen för maskin- och rymdteknik. Tiden är den fjärde dimensionen som gör att de kan förvandlas till en ny form.

"Vi tror på detta oöverträffade samspel mellan materialvetenskap, mekanik och 3D-utskrift kommer att skapa en ny väg till ett brett utbud av spännande applikationer som kommer att förbättra tekniken, hälsa, säkerhet och livskvalitet, "Sa Lee.

Ingenjörerna skapade en ny klass av "metamaterial - material konstruerade för att ha ovanliga och kontraintuitiva egenskaper som inte finns i naturen. Ordet metamaterial kommer från det grekiska ordet" meta, "vilket betyder" högre "eller" bortom ".

Tidigare, formen och egenskaperna hos metamaterial var oåterkalleliga när de väl tillverkades. Men Rutgers ingenjörer kan ställa in sina plastliknande material med värme, så de håller sig styva när de träffas eller blir mjuka som en svamp för att absorbera stötar.

Styvheten kan justeras mer än 100-faldigt i temperaturer mellan rumstemperatur (73 grader) och 194 grader Fahrenheit, möjliggör stor kontroll över stötdämpning. Materialen kan omformas för en mängd olika ändamål. De kan tillfälligt omvandlas till vilken deformerad form som helst och sedan återvända till sin ursprungliga form vid behov vid uppvärmning.

Materialen kan användas i flygplan eller drönare vingar som ändrar form för att förbättra prestanda, och i lättkonstruktioner som har kollapsat för rymduppskjutningar och reformerats i rymden för en större struktur, som en solpanel.

Mjuka robotar gjorda av mjuka, flexibla och gummiaktiga material inspirerade av bläckfisken kan ha variabel flexibilitet eller styvhet som är skräddarsydd för miljön och uppgiften. Små enheter som sätts in eller implanteras i människor för diagnos eller behandling kan tillfälligt göras mjuka och flexibla för minimalt invasiv och mindre smärtsam insättning i kroppen, Sa Lee.