Les possibilités de design des produits fabriqués avec la technologie 4D et les fonctionnalités supplémentaires qui peuvent être explorées grâce à cela sont incroyables. Leurs possibles utilisations sont nombreuses et il existe actuellement plusieurs projets de recherche spécifiques qui prévoient de faire des avancées significatives dans des domaines tels que la santé, l’électronique, l’automobile, l’aérospatiale et l’armée, le textile et la construction. Voici quelques exemples concrets de progrès 4D :
Dans le domaine de la construction et du design d’intérieur
Des matériaux sont déjà en cours de développement pour fabriquer des façades capables de s’adapter de manière autonome aux conditions climatiques, en répondant à tout stimulus météorologique. La construction de ponts, d’abris et d’autres types d’installations capables de s’auto-assembler ou de s’auto-réparer est également en cours d’étude. Ainsi, un groupe d’ingénieurs de la School of Materials Science & Engineering de Georgia Tech, à Atlanta (USA), travaille sur un nouveau modèle pour comprendre le comportement d’un type de matériau intelligent comme les alliages avec une mémoire de la forme, pour une utilisation future dans la construction de structures parasismiques telles que des ponts, des colonnes et des poutres.
Une autre utilisation potentielle des structures 4D est celle des meubles pouvant être assemblés automatiquement à partir d’une feuille de bois composite programmable qui, en appliquant de la lumière, de la chaleur ou de l’eau, se transformerait en une chaise ou une table, ou encore des lampes imprimées en 3D en caoutchouc latex et qui prennent différentes formes à mesure qu’elles sont gonflées.
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« Dans certains cas, je suis un peu sceptique — reconnaît Carlos Sánchez Somolinos, chercheur du CSIC à l’Institut d’Aragón des nanosciences et des matériaux (INMA) —, mais je vais commettre l’erreur de dire que c’est impossible parce qu’en fait il y a des gens qui sont en train de faire des choses dans ce sens. Cependant, je continue de penser que fabriquer des meubles avec des matériaux intelligents, dont le coût est très élevé, est un luxe inutile et peu pratique ». « Un autre sujet — ajoute-t-il — est son application dans les bâtiments. Là, je vois que c’est faisable car cela reviendrait à travailler par la texture une surface très fine, ce qui implique d’utiliser une plus petite quantité de matière. En fait, il existe déjà un matériau à base de petites fentes qui se transforme en losanges : les fentes grossissent en fonction de la quantité de lumière ou d’air que l’on veut traverser ».
Dans le domaine de l’automobile
C’est un autre des grands domaines d’application du design 4D. Le laboratoire d’auto-assemblage du MIT, dirigé par Skylar Tibbits, le scientifique pionnier de cette technologie, travaille avec BMW sur des matériaux gonflables contrôlables qui changent de forme et de taille sous l’effet d’impulsions d’air, et qui sont très intéressants pour la conception future de pneus, pour adapter l’intérieur des véhicules au conducteur et aux passagers ou pour créer des garde-boues adaptables protégeant les roues.
Dans le domaine de l’aéronautique et l’espace
Sans aucun doute, un autre secteur toujours à la pointe de l’innovation. Airbus, le géant de l’aviation, teste déjà des matériaux qui réagissent à la chaleur pour refroidir ses moteurs d’avions. De plus, une équipe de scientifiques de Hong Kong a également développé la première impression 4D qui utilise de la céramique avec une encre spéciale qui peut être étirée jusqu’à trois fois sa longueur si de la chaleur est appliquée et pourrait être très utile dans les réseaux 5G et la propulsion aérospatiale. Dans ce domaine, celui nommé « 3D Knit BioSuit », se démarque également, un exemple clair de travail multidisciplinaire et de collaboration entre la science (dans ce cas, le MIT) et l’industrie. Cette combinaison spatiale intègre des capteurs intelligents pour surveiller les pressions appliquées et les mouvements du corps, en utilisant des fibres actives étirées thermiquement et des algorithmes d’apprentissage automatique pour fournir des renseignements en temps réel.
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Dans le domaine de la défense
Diverses applications sont envisagées. Les forces armées américaines financent un projet pour réaliser un uniforme qui, en plus de faciliter le camouflage avec le changement de couleur en fonction de l’environnement, peut s’endurcir à la suite de l’impact d’une balle ou d’un éclat de projectile. Une autre utilisation pourrait être faite pour les drones composés de matériaux intelligents qui deviennent des véhicules d’exploration lorsqu’ils atterrissent.
Dans le domaine de la médecine
Cependant, l’un des secteurs les plus intéressés par l’impression 4D, et où elle a le plus progressé et montre le plus de potentiel, est sans aucun doute la médecine. Nous l’avons déjà vu, des recherches très prometteuses sont menées, comme la robotique douce ou les tests rapides, mais il existe aussi des projets de développement et de fabrication de tissus greffés ayant la capacité de se guérir soi-même, des médicaments qui ne seraient libérés qu’en cas de fièvre, des stents programmés pour s’ouvrir au bon endroit, des prothèses qui pourraient réagir à la chaleur corporelle, qui s’étendent pour s’adapter au patient pour lequel elles sont imprimées et, bien sûr, des organes artificiels:
Dans le domaine de la mode
Il existe également des utilisations potentielles dans ce domaine et qui sont en phase d’expérimentation. En plus d’essayer de fabriquer des chaussures qui peuvent changer de forme lorsque vous commencez à courir pour être plus confortables et avoir plus d’amorti, d’autres recherches se concentrent sur la création de vêtements qui peuvent changer de couleur, de taille ou d’utilisation en fonction de la météo ou de l’activité à effectuer, ou des tissus respirants qui se referment sur eux-mêmes lorsqu’ils détectent la pluie ou s’ouvrent pour aérer.
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En observant tous ces exemples, on s’aperçoit que la conception de structures imprimées avec des matériaux intelligents en est encore à ses balbutiements, mais qu’elle ouvre certainement la voie à un univers de possibilités infinies de conceptions et de structures. Qui sait si le prochain meuble que nous achèterons chez Ikea ne s’assemblera pas tout seul, sans avoir à utiliser la fameuse clé Allen ? L’avenir est de plus en plus 4D.
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