От марсианской станции до искусственных хрящей: что можно будет напечатать на 3D-принтере уже в ближайшие годы

Искусственные хрящи

Болезни или травмы суставов — проблема, с которой рано или поздно сталкивается большинство людей. Сейчас сильно изношенные или поврежденные, к примеру, в результате спортивных травм суставы оперируют, иногда даже меняя на искусственные. Однако в будущем поврежденные хрящи можно будет не удалять, а восстанавливать. Если где-то ткань настолько истерлась, что в ней образовалась полость, то эту пустоту можно будет заполнить специальной «заплаткой», созданной на 3D-принтере из живых клеток.

Работы в этом направлении ведут в самых разных странах. В России этим занимаются специалисты университета ИТМО и в Национальном исследовательском центре травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена. Им уже удалось напечатать хрящевые импланты, и они готовятся перейти к следующему этапу исследований.

«Мы подтвердили все механические свойства, необходимые для хрящевой ткани, также подтвердили метаболическую активность и выживаемость клеток в имплантах: они приживаются, делятся, растут. Все это обнаружено и доказано экспериментально, — рассказывает инженер-исследователь химико-биологического кластера ИТМО Виктория Егорова. — Сейчас мы переходим к печати фрагмента ткани, который будет уже непосредственно вживляться модельному животному».

Как полагает Егорова, первые операции по вживлению напечатанных таким образом хрящевых «заплаток» будут возможны уже к началу 2030. «Для меня успех такой технологии не выглядит, как "магазин" уже готовых имплантов. Это медицинская процедура, в которой учитывается индивидуальный дефект пациента, его возрастной, аллергический и гормональный фон, а также образ жизни. Именно в этом случае речь идет о персонализированной медицине, за которой и есть будущее в наукоемком и доказательном здравоохранении».

Пирожные и торты

Экспериментируют с 3D-принтерами не только в медицине, но и… в пищевых технологиях. Так, в марте 2023 года стало известно, что ученые из Колумбийского университета напечатали торт из семи ингредиентов. Свой кулинарный успех они описали в научной статье.

В качестве чернил использовались самые обычные ингредиенты: арахисовое масло, дробленое печенье, помадка, шоколадная паста, джем из клубники, банан и вишневый соус. Впрочем, как отмечают в своей работе американские исследователи, печать торта — не конечная цель. Таким образом они лишь показали перспективы применение 3D-принтинга в кулинарии, а перспективы эти, как считают ученые, огромны.

«На горизонте может появиться индустрия, построенная вокруг этой технологии [пищевой 3D-печати], которая создаст новое видение хорошего питания, его доступности и новое представление о вкусовых качествах продуктов. Это [может] повысить безопасность пищевых продуктов, а также добавит искусство и передовую науку в [удовлетворение] самой основной потребности человека — питание», — пишут авторы исследования.

80-метровые дома

О том, как применять 3D-печать в строительстве, начали думать еще в середине 2000-х годов. Вначале речь шла о том, чтобы печатать отдельные элементы построек, а затем традиционным образом собирать их вместе на строительной площадке. Однако в последние годы по всему миру стали экспериментировать с тем, чтобы печатать здания полностью, прямо на фундаменте.

«Примерно в 2018 году стали массово появляться так называемые полевые принтеры, которые позволяют печатать не отдельные элементы, а целое здание прямо на строительной площадке, — вспоминает в беседе с «Собака.ru» Александр Маслов, генеральный директор группы компаний AMT, специализирующейся на создании промышленных 3D-принтеров. — Прошлый год ознаменовался тем, что с помощью таких технологий начали застраивать целые поселки. То есть застройщики печатали на фундаменте не одно здание, а два, три, шесть построек. Одна компания построила за полгода 15 домов, при том что на площадке работало всего два человека».

Однако речь идет только о небольших одноэтажных постройках — высокие здания пока возводятся традиционным способом. Следующим шагом, который индустрии только предстоит сделать в ближайшие годы, станет печать многоэтажек. Уже сейчас доступны принтеры, которые могут прямо на фундаменте полностью возвести бетонное здание в 80 метров (это 26 этажей!). При этом качество строительства будет выше, чем доступное сейчас.

«Техническая сторона вопроса уже решена, — подтверждает Александр Маслов из компании AMT, — остаются проблемы с "нормативкой". Так, в России не выработаны необходимые строительные регламенты для аддитивных технологий. Но самое главное препятствие — закостенелые стереотипы некоторых строителей, которые сопротивляются внедрению трехмерной печати».

Марсианская станция

Уже в обозримом будущем человечеству могут понадобиться 3D-принтеры, которые смогут печатать не только на Земле, но и на других планетах. Так, в 2021 году NASA на МКС начало испытания аппарата, который сможет вести трехмерную печать в условиях Луны.

Также ведутся разработки технологий, которые позволят вести 3D-печать на Марсе. В том числе так может быть создана обитаемая база на Красной планете. С целью подстегнуть разработки в этой области NASA провело конкурс 3D-Printed Habitat Challenge, одним из победителей которого стала компания Apis Cor, основанная инженером из Иркутска Никитой Чен-Юн-Таем.

«Мы провели большое исследование особенностей поверхности Марса: уровня радиации, температуры, силы гравитации и других не менее важных факторов Красной планеты, — рассказывал журналистам о том, как специалисты Apis Cor работали над конкурсным проектом, инженер компании Никита Жеребцов. — Проект здания должен быть максимально приближен к реальности, так как, возможно, именно наш вариант будет применяться будущими колонистами».

Новая эргономичная электроника

Электроника все глубже проникает во все объекты нашей жизни. Платы и чипы есть не только в телефонах, часах и бытовых приборах. Они уже могут появляться в одежде, обуви и других, казалось бы, совсем не электронных вещах. Конструируя всевозможные «умные» вещи, дизайнерам и инженерам приходится решать очень сложную задачу — как вписать плоские (или реже гибкие) платы в свои творения.

Развитие 3D-печати позволяет придавать электронным элементам более сложную форму, которая позволит легче вписывать их в эргономику конечного изделия.

«Сейчас развивается технология, при которой из специального полимера можно напечатать структуру абсолютно любой геометрической формы, — объясняет Дмитрий Миллер, руководитель компании REC. — Далее на эту деталь в определенных местах светят лазером и помещают в специальный раствор. Там, где на деталь воздействовал лазер, образуются медные дорожки, а вся структура становится объемной электронной платой, вокруг которой гораздо проще создавать эргономичные электронные устройства, начиная от кнопок в автомобилях и заканчивая пресловутыми смартфонами и смарт-часами».

Пока этот метод только набирает популярность, но с его помощью уже проектируются устройства. «Это сверхвысокотехнологичная технология, которая, по-моему, есть пока только в Японии, но уже в течение нескольких ближайших лет у нас тоже может появиться», — заключает Дмитрий Миллер.