چالش های فراروی پرینترهای سه بعدی

با استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه بعدی شاید در آینده دور دیگر مجبور به خرید کالا از فروشگاه نباشید و بتوانید هر آنچه را نیاز دارید, بسازید اما به راستی این تکنولوژی تا چه اندازه می تواند خود را با واقعیت الگوهای طبیعی وفق دهد

با استفاده از تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی شاید در آینده دور دیگر مجبور به خرید کالا از فروشگاه نباشید و بتوانید هر آنچه را نیاز دارید، بسازید. اما به راستی این تکنولوژی تا چه اندازه می‌تواند خود را با واقعیت الگوهای طبیعی وفق دهد؟

ظرف ماه های اخیر، ذهن ها بشدت درگیر مساله چاپگرهای سه بعدی شده است. برخی از این تکنیک جدید خواهان تولید هر چه بیشتر وسایل معمول پزشکی، اسلحه های دست ساز و حتی تهیه یک پیتزای خوراکی هستند. پرینترهای سه بعدی می توانند با استفاده از طرح های کامپیوتری، نمونه های سه بعدی و واقعی اجسام را بسازند. نخستین اسلحه ای که اردیبهشت امسال از سوی یک پرینتر سه بعدی ساخته شد، حدود ۸۰۰۰ دلار هزینه روی دست سازنده آن بر جای گذاشت. سازنده این اسلحه می گوید دستگاه با کنار هم قراردادن لایه های مختلف پلاستیک، شمایی نسبتا واقعی، اما کارآمد را از الگوی اولیه تهیه کرده است. ساخت این اسلحه در وهله نخست نگرانی های خاصی همچون دسترسی افراد غیرمجاز به یک ابزار مخرب به همراه داشت، اما امروزه دانشمندان از این تکنولوژی جدید انتظارات دیگری دارند.

● هماهنگی تکنولوژی با الگوهای طبیعی

ژانین بنیوس، یک بیولوژیست متخصص در رشته بیومیمتیک است. اساس علم بیومیمتیک طراحی سیستم های مدرن با استفاده از الگوهای طبیعی بیولوژیکی است. طراحی هواپیماها براساس فرم بدن پرندگان، ساخت زیردریایی ها با استفاده از الگوی زیر آب رفتن حیوانات آبزی و در نهایت طراحی رادارها با استفاده از سیستم فوق پیشرفته خفاش ها، نمونه هایی از کاربرد این علم در دنیای رو به پیشرفت امروز است. دکتر بنیوس در زمینه علم بیومیمتیک تاکنون گام های مثبت و موثری برداشته است. وی که موفق به کسب جوایز ارزنده ای نظیر جایزه اصول اخلاقی زیست محیطی ریچل کارسون شده، در زمینه استفاده از پرینترهای سه بعدی می گوید: «این نوآوری در عین فرصت می تواند خطرناک هم باشد.» این متخصص در عین حال امیدوار است این فناوری بتواند از پروسه های طبیعی بخوبی الگوبرداری کند. بدیهی است فناوری پرینترهای سه بعدی تازه اول کار خود است، اما صرف نظر از هزینه باید انتظار داشت روند کند کنونی رفته رفته تغییر کند.

● مضرات چاپگرهای سه بعدی

به گفته دکتر بنیوس، یکی از اساسی ترین مشکلات فعلی پرینترهای سه بعدی، اتکای آنها بر مواد اولیه سمی و خطرناک است. در بسیاری از این دستگاه ها مجموعه ای از پلیمرها (پلاستیک)، رزین ها و پودرهای فلزی مورد استفاده قرار می گیرند. برخی سازندگان و مصرف کنندگان پرینترهای سه بعدی تنها بعد از مدت زمان اندکی با عکس العمل های حاد پوستی مواجه شده اند و البته همه اینها در حالی اتفاق افتاده که روی اغلب مواد مصرفی این دستگاه ها علائم خطر بسیار جدی نظیر +F: قابل اشتعال شدید، F: قابل اشتعال، +T: بسیار سمی، T: سمی،Xn: زیان آور، Xi: سوزش آور و در نهایت O: اکسیدکننده درج شده است. این یک هشدار بسیار جدی برای کسانی است که می خواهند در منزل و بدون تهویه مناسب از این مواد استفاده و بخار سمی آنها را استنشاق کنند. دکتر بنیوس می گوید قبل از استفاده عمومی از این تکنولوژی باید حداقل این مشکلات جدی رفع شود.

● تبعیت از شیمی حیات

از دیدگاه دکتر بنیوس، تبدیل کارخانه های آلاینده و دودزا به پرینترهای کوچک و پاک معجزه است، اما نکته مهم اینجاست که این کار قرار است دقیقا به چه صورت انجام شود؟ طبیعت از مواد شیمیایی، اما حیات محور استفاده می کند. آب سالم و مواد غیرسمی اجزای لاینفک محصولات طبیعی است. حتی مصرف انرژی و هدررفت آن در تولیدات طبیعی به صفر رسیده است، اما در مقابل انسان ها درست بر عکس عمل می کنند. به عنوان مثال یک بسته چیپس معمولی از انواع و اقسام مواد استفاده می کند. یک ماده برای آن است که از شکنندگی چیپس جلوگیری شود، یک ماده برای آن است که آن را در برابر هوا غیرقابل نفوذ کند و... یعنی یک چیپس ساده حاوی انواع نگهدارنده ها، شیرین کننده ها و افزودنی های دیگر است، اما بر خلاف آن در طبیعت پروسه ای کاملا متفاوت در جریان است. به عنوان مثال یکی از پلیمرهای طبیعی کراتین است که پوست، مو، پر و بال را می سازد یا یک پلیمر دیگر چیتین است که در واقع نوعی اسکلت خارجی در برخی جانوران مفصل دار است. آرایش این قالب های سازنده در ساختار داخلی بدن موجودات زنده نتیجه تفاوت در اندازه، اشکال، رنگ و نحوه عملکرد آنهاست. جالب است بدانید استحکام برخی از این قالب ها فوق العاده است مثلا سختی صدف گوش دریا که یک نرم تن خوراکی است، به دلیل ساختار داخلی حتی از سرامیک های فوق پیشرفته امروزی هم بیشتر است یا سختی صدف های از جنس سیلیکا دیاتومه ها که گروهی از آغازیان دارای کلروپلاست هستند، به دلیل الگوی توزیع و پراکنش فشار توسط سوراخ ها فراتر از حد انتظار است.

● ایده های خوبی که اول راه است

از دیدگاه دکتر بنیوس، پرینترهای رنگی هم با تبعیت از الگوهای طبیعی می توانند پا را از مرز استفاده از یکسری مواد شیمیایی اولیه و سمی فراتر بگذارند. مشکل بسیاری از صنایع امروزی این است که به دلیل داشتن رویکرد کاهشی و تفریقی مجبورند بسیاری از مواد اولیه را هدر دهند تا به آن ماده ای که مدنظرشان است، برسند در حالی که در طبیعت مثلا یک برگ هیچ گاه مواد اولیه ای را که در اختیارش قرار می گیرد، هدر نمی دهد. در تکنولوژی پرینترهای سه بعدی گام های موثری نظیر استفاده از پلیمر پلی لاکتیک اسید که یک پلیمر طبیعی به دست آمده از مخمر ذرت است، برداشته شده، اما واقعیت این است که این ایده ها هنوز ابتدای راه است. درست است که پلی لاکتیک اسید یک ماده قابل تجزیه بیولوژیکی است، اما برای تولید آن هم سوخت های فسیلی و هم کودهای شیمیایی به کار رفته است. متخصصان دانشگاه برکلی کالیفرنیا در حال حاضر روی استفاده از زایداتی نظیر خاک اره در پرینترهای سه بعدی کار می کنند. ایده هایی برای استفاده از پر و بال پرندگان و حتی زایدات مواد غذایی دریایی هم مطرح شده که به دلیل مخاطرات خاص زیست محیطی جای بحث فراوان دارد. یک شرکت خصوصی به نام نوومر نیز درصدد برآمده با استفاده از گازهای خروجی دودکش ها و روغن مرکبات، پلی کربنات تولید کند.

● موفقیت در دنیای ماکرو

مارکوس جی. بولر استاد و سرپرست دپارتمان مهندسی محیط زیست و شهرسازی موسسه فناوری ماساچوست (ام آی تی) ایده استفاده از علم بیومیمتیک در ساخت پرینترهای سه بعدی را مثبت و هوشمندانه ارزیابی می کند، اما در عین حال معتقد است در صورت پیشرفت، همین مساله ممکن است تا حدی چالش برانگیز باشد چرا که در آن زمان دیگر مسائلی همچون افزایش کارایی و قیمت پایین مطرح خواهد شد و نه صرفا تبعیت از اصول زیست محیطی. از دید این استاد دانشگاه، هنوز دانش زیادی در عرصه بیولوژی و شیمی لازم است تا بشر بتواند مواد اولیه مورد نیاز خود را تهیه کند. تکنولوژی سه بعدی تاکنون موفقیت هایی در عرصه ماکرو داشته، اما این دلیل نمی شود که لزوما در عرصه میکرو هم بتواند به موفقیت دست پیدا کند.

همگامی نانوتکنولوژی با این فناوری احتمالا به صورت جدی در مراحل بعدی مورد توجه قرار خواهد گرفت. هنوز سوالات زیادی مانده که این فناوری باید به آنها پاسخ دهد. سوالاتی نظیر این که تحت این شرایط، زباله های ما بیشتر خواهد شد یا کمتر؟ تکلیف الگوهای مصرف فعلی چیست؟ مصرف انرژی دقیقا به چه سویی خواهد رفت؟ آیا امکان استفاده از این فناوری در علم پزشکی وجود دارد؟ و البته هزاران سوال بی جواب دیگر که هنوز به قوت خود باقی است.

مترجم: فرناز حیدری