匹兹堡大学的斯旺森工程学院和克莱姆森大学的研究人员，结合光响应纤维和热响应凝胶构建了一种新的混合材料，当其暴露在光和热的作用下时，可以进行多次重构，这将有助于研发出不仅适应环境，且在不同刺激下也能表现出显著差异的设备。

  由匹兹堡大学化工和石油工程特聘教授安娜C.巴拉兹和克莱姆森大学材料科学与工程的副教授Olga Kuksenok共同开发的计算模型，模拟出这些复合材料兼具高度可重构性和强机械性能，其在仿生的四维打印具有潜在的应用价值。他们的研究“集成热响应溶胶和光响应纤维的复合材料对于刺激反应的行为探讨”最近发表在皇家化学学会出版的 Materials Horizons 杂志上。

  “在4D印刷中，时间是表征材料结构的第四维度，换句话说，这些材料即使在被打印出来后也仍可改变形体。该能力减缓了对每种新应用重新设计各部分的需求，因此，能大幅地降低成本。”鲍拉博士解释说，“目前研究人员面临的挑战是，开发具有高强度和延展性，并对超过单一刺激有不同响应的材料。”

  巴拉兹和Kuksenok博士藉由将涂覆有SP发色团的光响应纤维嵌入温度敏感凝胶解，成功地解决了这个问题。这种新材料在光和热下，反应出显著的差异。

  “如果我们把该复合材料的样品固化到一个表面上，使其暴露在光下时，它会朝一个方向弯曲，而在遇热时则会朝另一方向弯曲”，Kuksenok博士说。“当样品分离时，其受热会像手风琴一样收缩；而在光照时会像毛虫那样卷曲。这种可控行为允许一个物体能展示不同型态进而达到功能的优化。”而这个弯曲正是取决暴露于光或热。

  研究人员指出，将SP的官能基特别地嵌入在纤维上时，复合材料可包含那些只在光下存在的“隐藏”特征，这是通过简单地加热该样品所无法做到的。此仿生刺激响应机制可用于随光弯曲或伸直的关节上，并且成为新型调适设备的关键组件，如：柔性机器人。

  “机器人是个很棒的工具，但当你需要检视一个脆弱的结构时；如在人体内，你会想要一个“粘糊的”机器人，而不是具有联锁齿轮和锐边的典型设备”巴拉兹博士说。“这种复合材料有助于开发出一种柔软、可塑性的设备，且在不同环境时能展示出可控的功能。”

  正如鲍拉博士指出，“这项工作的重点在于，我们设计了一个能产生一系列的动态响应和结构的复合材料。在理念方面，我们的研究结果提供了复合不同刺激响应组件指导方针，其可开发出可控、能反覆驱动新动态变化且有大规模运动的自适性材料。”

  更进一步的研究将聚焦在剪裁嵌入纤维的排列，以开发出手状结构类型的夹具。