我们生活在一个静态的世界里，物质都经过切割、铸造或锻造成为特定的工具。但是，让我们假设您打开一个宜家公司的盒子，然后里面的桌子就可以自行组装起来。又或者当睡呀水压降低时，你家的水管就会自行收缩，达到淋浴头出水量大的同时又节约了用水的目的。这就是一个4D技术的未来，目前实验室已经在努力将它变为现实。

4D技术是基于3D技术发展起来的，在制备材料的时候增加了第四维度——时间。麻省理工学院自组装实验室的创始人Skylar Tibbits，于2013年在TED的演讲中使用了“4D印刷”这个词，并向人们展示了当把塑料丢入水中时，如何直接将塑料链折叠成字母M。

这个新兴的研究方向在编程领域内是一个非常火热的话题，这其中还包括北卡州研究的自组装折纸聚合物和哈佛大学研究的自组装机器人。不管4D技术是否能够得到应用，编程问题的变种都将会在光学、热学、水学、空气压力学、电学或磁学中得到应用。

在过去的两年里，该项研究一直受到美国国防部高级研究计划局和陆军研究实验室的赞助与支持。工程师现在正在研究自组装弹出式桥梁，统一调整材料的绝缘性能以适应个体的生物识别性，伪装并改变使得与周围环境相匹配。哈佛大学生物工程教授Jennifer Lewis 指出：“这需要丰富的想象力，在真正的成就还没有实现之前，还有很多的工作需要开展。”

与此同时，麻省理工学院的实验室也在致力于研究4D技术的应用。“我们的研究战略是与企业合作，实现4D技术的应用。”Tibbits指出。去年，他带领的团队将各种材料打印在一张碳纤维上，当材料受热后，收缩成预先确定的形状。该项技术很快就可以应用在超空气动力学赛车手和机翼中。

如图所示为形状切换器，由麻省理工学院自组装实验室和Stratasys公司及Autodesk公司联合开发。

与麻省理工学院合作的Carbitex先进材料公司的创始人Junus Khan指出：“这种4D技术将会改变产品的设计。当材料在改变状态的情况下可以改变形状时，我们就可以将10个容器重新打造成两个。”

可编程4D材料需要一定的安全措施以保证桥梁结构不会出现自发地分解、飞机机翼不会在错误的位置自行冻结等问题。但这并不影响麻省理工学院的Tibbits团队的研究工作。他说：“我们的目标是创造未来。”

该文章于2015年7月发表在《大众科学》上。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼    校正：摩天轮