生物体通过膨胀和收缩软组织，以完成复杂的三维运动和功能。但用人造材料复制这些运动却异常艰难。
德克萨斯大学阿灵顿分校的科学家最近在《自然通讯》上公布的最新研究成果或为此提供解决方案。
德克萨斯大学材料科学与工程系助理教授Kyungsuk Yum和他的博士生Amirali Nojoomi开发了一种新方法，可以对2D水凝胶进行编程，使其在特定的时间和空间伸展和收缩它们的表面，创建出复杂的3D形状，并实现运动。
这种方法可能会改变柔性工程系统或设备的设计和制造方式。其潜在应用包括仿生柔性机器人、人造肌肉（可以像人体肌肉那样对外部信号做出反应）以及可编程物质。
“我们研究了生物有机体如何使用连续可变的软组织（如肌肉）来变形和移动，并以此来创建动态3D结构。” ——Kyungsuk Yum
他们团队使用温度敏感、局部扩张和收缩的水凝胶，并采用数字光4D印刷技术（3D加时间）对水凝胶进行空间编程，使其响应温度变化而膨胀或者收缩。
这种技术可以在一个步骤中同时打印多个3D结构。然后，使用数学方法对结构的收缩和膨胀进行编程，从而形成马鞍形、褶皱形或圆锥形等三维形状。
研究人员还建立了基于模块化概念的设计规则，以创造出更多的复杂结构，包括程序化运动的仿生结构。这使其形状更加动态以便在空间中移动。研究人员还可以操纵结构的变形速度，从而形成类似于鱼儿在水中游动的复杂连续运动。
“与传统的增材制造不同，我们的数字光4D打印方法可以同时打印多个设计的3D结构。最重要的是，我们的方法非常快，打印时间不到60秒，而且具有高度可扩展性。”——Kyungsuk Yum
Yum博士于9月12 日在《自然通讯》杂志上发表题为《Bio-inspired 3D structures with programmable morphologies and motions》的论文。
德克萨斯大学材料科学与工程系主任Stathis Meletis表示：该研究是数据驱动的典例，也是德克萨斯大学2020战略计划（Blod Solution|Global Impact）的主题之一。“Yum博士创建的可编程3D结构技术有望为生物机器人和组织工程开辟更多新的途径。该方法的应用速度和可扩展性使其成为未来研究和应用开发的独特工具。”
