IBM新专利揭秘：4D打印智能材料实现微粒精准运输

2025年3月7日，美国专利商标局（USPTO）正式公布了国际商业机器公司（IBM）的一项革新性专利。这项专利（美国专利号 20250073998）提出了一种全新的4D打印方法，利用智能材料实现微粒的精准运输，为药物输送、细胞微载体、微型电子组装及微制造等多个领域开辟了崭新的应用前景。

4D打印智能材料，响应刺激展新姿

IBM的专利文件显示，这些4D打印物质能够对外界的热、光、磁场或电等刺激作出响应，从而发生移动。通过精细的配置和操作，这些智能材料能够将直径在1-100µm的微粒从起点准确传送到难以触及的小区域目标位置。整个过程由计算机程序严密监控，一旦4D物体偏离预定路径，机器学习模型便会迅速调整输入，确保微粒始终沿着正确方向前进。

IBM团队齐发力，创新专利显实力

这项专利的背后，是IBM一支实力雄厚的团队。AI工程师Tushar Agrawal、应用架构师Sarbajit K. Rakshit、前软件开发人员Vinod A. Valecha以及“大师级发明家”Su Liu等共同参与了这项发明的研发。他们凭借丰富的增材制造经验，为多项重要专利的诞生做出了杰出贡献。Agrawal曾参与180多项专利申请，其中一项更是提出了使用可分解材料进行3D打印并监测其随时间分解的创新思路。而Rakshit则是IBM全息图3D打印专利的核心研发者。

4D打印流程详解析，精准运输无难题

IBM的4D打印流程始于用户的微粒运输请求。计算机程序在收到请求后，会利用机器学习模型设计一个针对微粒输送优化的4D可打印物体。这些物体所采用的智能材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物，它们能够在加热或变形后恢复原始形状。

对于较小较轻的微粒，可以直接附着在可移动的4D物体表面进行运输。而对于较大较重的微结构，IBM则建议使用刚性的3D打印容器来承载。一旦触发程序，外部刺激便会激活4D物体，智能材料随之变形并产生运动力量。无论是热量的作用使形状记忆材料弯曲折叠，还是光的触发让光响应材料运动，亦或是磁场的吸引或排斥引导物体运动，都能实现精准控制。

在整个运输过程中，IBM的专利流程借助机器学习模型持续监控4D打印物体的移动情况。一旦发现偏差或阻塞，算法会立即分析问题并调整刺激以纠正路径。到达目标位置后，程序会移除外部输入，使物体停止移动并准确释放微粒。

高价值应用展前景，4D打印显神威

IBM的这项新专利为多个高价值应用领域带来了无限可能。在医疗领域，它可以实现药物的靶向输送，将药物精确送达身体各处的特定器官或组织。在电子领域，这项创新工艺能够以极高精度组装微型电子元件，为电子产品的制造提供新途径。此外，智能材料还能在传统制造机器和机器人无法触及的狭小空间内移动微粒，为微加工领域带来革命性的变革。

4D打印新维度，增材制造展新篇

4D打印并非新概念，但IBM的这项新专利无疑为这一领域注入了新的活力。从天津大学研发的能够移动的4D打印软机器人，到德国、埃及和阿联酋研究人员开发的具有记忆功能的4D打印牙齿矫正器，再到贝尔法斯特女王大学团队研发的个性化4D打印乳房植入物用于癌症治疗和管理，4D打印技术不断展现出其在增材制造领域的巨大潜力。

随着技术的不断进步和应用范围的不断拓展，4D打印有望成为推动多个行业发展的重要力量。而IBM的这项新专利无疑为这一领域的发展奠定了坚实的基础，开启了全新的篇章。