産業用インターネットと並んで、3Dプリンティングは製造業を変革する機運が高まっています。テクノロジー調査会社Canalysによると、市場規模は2018年までに162億米ドルに達する可能性があります。Carbon3Dなどの企業がこのプロセスを産業用の速度で実現しようと取り組むなか、科学者たちはすでに、この技術の次なる進化である4Dプリンティングを探究しています。
4Dプリンティングでは、時間の経過とともに変形する物体を製造します。MITの数学者Dan Raviv氏と同僚らは2014年、印刷後に形状を変えられる製品を用いて、この概念を実証しました。
従来の3Dプリンティングがプラスチックや金属などの機械的に不活性な材料を使うのに対し、4Dプリンティングは動的な構造を作るために、反応性のある材料を用います。たとえばRaviv氏の研究では、硬質プラスチックと、水に浸すと体積が2倍になる材料を組み合わせました。これにより、カリフォルニアを拠点とする3D設計会社Autodeskの協力を得て開発された設計に基づき、物体を伸ばしたり折りたたんだりして形状を変えられます。（Stratasysが開発した吸水性材料の正確な配合は、企業秘密のままです。）
反応性材料が熱や圧力などの要因にどう反応するかによって、作成できる形状が決まります。Raviv氏は、体内の状態に応じて形状や機能を変えられる医療用インプラントや、環境を感知して性能を最適化できる衣類や履物を構想しています。
もちろん、究極の目標は、複数の反応性材料を同時に印刷し、回路、アクチュエーター、電池、センサーなどを高度な装置に一体化した複雑な部品を製造することです。「私たちの研究室の目標は、プリンターから歩いて出てくるロボットを印刷することです」と、コーネル大学Creative Machines Labのディレクター、Hod Lipson氏は語ります。
この目標を掲げているのは彼だけではありません。昨年、ハーバード大学では、Sam Felton氏と同僚らが、シート状の状態からモーター駆動の折り紙へと変形するドロイドを発明しました。このロボットは、加熱すると縮むプラスチックでコーティングされた紙に加え、モーター、電池、マイクロチップ、特定の角度で折れるよう設計されたヒンジで構成されていました。電子部品がプラスチックを加熱すると、機械は自ら折りたたまれ、システムが冷えた後に歩くことができます。
将来、こうした技術によって、印刷された機械を平たい箱に入れて発送し、箱を開けると自ら組み立てられるようになるかもしれません。MITのコンピューター科学者Daniela Rus氏によれば、別の可能性として、顧客がカスタマイズ可能な設計のライブラリーからロボットを選び、24時間営業の店舗で印刷品を受け取ることも考えられます。
現時点で最も難しいのは、脳の役割を担う回路と、筋肉の役割を果たすアクチュエーターを印刷することだとLipson氏は言います。新たな反応性材料の研究も必要です。「すべてを一緒に印刷する方法を見つけ、この新しい設計空間を探究できる新世代の設計ツールを作る必要があります。私の考えでは、人間が可能性を想像する能力には限界がありすぎるため、AIツールが必要になるでしょう」と同氏は述べています。
この記事は、 GE Look Aheadとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Charles Q. Choi氏はGE Look Aheadに記事を執筆しています。
2014年のComputex展示会で、TWTC南港展示ホールにてAuroraの3DプリンターF1がフィギュアを印刷している。REUTERS/Pichi Chuang
