图1 典型智能材料
2013年2月26日，在美国加利福尼亚州长滩市举行的TED2013大会上，来自麻省理工学院的Skylar Tibbits将两种具有不同孔隙率和吸水性的材料组合用于 3D 打印机，制造出了一种线状物体。将该物体放入水中，物体改变了自身形状，组成了麻省理工学院的字母缩写 “MIT”，就此提出了 4D 打印的概念。
4D打印结构的形状、属性或功能在外部环境刺激（如水、光、热、电流、磁场、酸碱环境等）下会随着时间的推移而改变，如图6所示。与3D打印结构相比，4D打印结构因为智能材料的使用而具有了自组装、自适应、自我修复的特性。Wang等将遗传易处理的微生物沉积物在湿度惰性材料上形成非均匀多层结构，制成生物杂化膜，该杂化膜可以在几秒钟内根据环境湿度梯度可逆地改变形状。用其制成跑步服的皮瓣，皮瓣可以根据湿度梯度动态调节通风散热。
4D打印最关键是将智能材料的响应特性与打印工艺有机结合，受自然界中卷须、叶子、花苞等通过内部膨胀来响应环境刺激的启发；哈佛大学Sydney等基于采用纤维素与水凝胶的复合油墨打印了智能结构，在打印时，通过控制复合油墨中纤维素的排列，以对水凝胶网络编码溶胀行为。因此，当成型后的智能结构浸入水中后，部分结构受硬质纤维的约束而无法溶胀，整体结构发生局部溶胀，从而形成预设的零件模型。美国麻省理工大学Kim 等基于直写式打印技术，采用磁性材料与硅胶的复合油墨打印了可实现快速变形的磁流变弹性体。在前驱液处于液态下混入磁粉（钕铁硼），打印时在喷头周围施加定向磁场，以在材料固化前编码磁畴方向。制备完成后的磁流变弹性体可以在外界磁场激励下发生预设的变形，如图2所示。
图2 麻省理工大学采用4D打印方法制作的可变性磁流变弹性体
二、软体机器人与制造技术
图3 哈佛大学采用3D打印技术制作的第一个纯软体机器人
