The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

المترجم: Mira Kraïmia المدقّق: Ayman Mahmoud

This is me building a prototype

هذا أنا أبني نموذجا أوّليا

for six hours straight.

لمدّة 6 ساعات متتالية.

This is slave labor to my own project.

هذا عمل شاقّ لمشروعي الخاص.

This is what the DIY and maker movements really look like.

هذا ما يبدو عليه أن تقوم بالأمور بنفسك.

And this is an analogy for today's construction and manufacturing world

وهذا شبيه بعمليّات البناء و التّصنيع اليوم

with brute-force assembly techniques.

بطرق بحث شاملة.

And this is exactly why I started studying

وهذا تماما سبب بدئي في دراسة

how to program physical materials to build themselves.

كيفيّة برمجة المواد الماديّة على بناء أنفسها.

But there is another world.

لكن هناك عالم آخر.

Today at the micro- and nanoscales,

اليوم، على المقياس الدّقيق و النانويّ،

there's an unprecedented revolution happening.

هناك ثورة لا مثيل لها.

And this is the ability to program physical and biological materials

وهذه القدرة على برمجة المواد الفيزيائية و البيولوجيّة

to change shape, change properties

وتغيير الأشكال، تغيير الخصائص

and even compute outside of silicon-based matter.

وحتّى حوسبة خارج مادّة قائمة على السيليكوم.

There's even a software called cadnano

بل أنّ هناك برمجيّة اسمها كادنانو

that allows us to design three-dimensional shapes

تسمح لنا بتصميم أشكال ثلاثيّة الأبعاد

like nano robots or drug delivery systems

مثل الرّوبوتات النانويّة أو أنظمة توصيل الأدوية

and use DNA to self-assemble those functional structures.

واستعمال الحمض النووي لإعادة تجميع ذاتيّة لهذه الهياكل الوظيفيّة.

But if we look at the human scale,

لكن إن نظرنا من وجهة نظر الإنسان،

there's massive problems that aren't being addressed

هناك العديد من المشاكل التي لم يتمّ التّعامل معها

by those nanoscale technologies.

عبر تلك التكنولوجيّات النانويّة.

If we look at construction and manufacturing,

إن نظرنا إلى البناء و التّصنيع،

there's major inefficiencies, energy consumption

هناك العديد من القصور، استهلاك الطّاقة

and excessive labor techniques.

وتقنيات العمل مفرطة.

In infrastructure, let's just take one example.

لنأخذ مثالا من البنية التحتيّة.

Take piping.

مثلا الأنابيب.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

بعض أنابيب المياه لها قدرة محدودة على الاستيعاب

that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.

إذ أنّ لها معدّلات تدفّق محدّدة، إلاّ إذا كانت أنابيبا وصمّامات باهضة الثّمن.

We bury them in the ground.

ويتمّ دفنها تحت الأرض.

If anything changes -- if the environment changes,

إن تغيّر أيّ شيء -- إن تغيّرت البيئة،

the ground moves, or demand changes --

الأرض تتحرّك، أو الطّلب يتغيّر --

we have to start from scratch and take them out and replace them.

نضطرّ للبدء من نقطة الصّفر، إزالة الأنابيب و استبدالها.

So I'd like to propose that we can combine those two worlds,

لذلك أرغب في اقتراح مزج هاذين العالمين معا،

that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials

عالم المواد النانوية المبرمجة القادرة على الـتّأقلم

and the built environment.

وعالم بيئة البناء.

And I don't mean automated machines.

وأنا لا أتحدّث عن آلات ممكننة.

I don't just mean smart machines that replace humans.

لا أتحّدث وحسب عن آلات تعوّض البشر.

But I mean programmable materials that build themselves.

بل أقصد المواد المبرمجة القادرة على بناء ذاتها.

And that's called self-assembly,

ويسمىّ ذلك بالتّجمبع الذاتيّ،

which is a process by which disordered parts build an ordered structure

وهو عمليّة تقوم من خلالها أجزاء فوضويّة ببناء هيكل منظّم

through only local interaction.

عن طريق التّفاعل الداخليّ.

So what do we need if we want to do this at the human scale?

ما الذي نحتاجه إن أردنا القيام بهذا مع البشر؟

We need a few simple ingredients.

نحتاج بعض المكوّنات البسيطة.

The first ingredient is materials and geometry,

أولّها هي المواد و الهندسة الرياضية،

and that needs to be tightly coupled with the energy source.

وهذه تحتاج أن تقرن بشكل وثيق مع مصدر للطاقة.

And you can use passive energy --

يمكنك أن تستعمل طاقة سلبيّة --

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

الحرارة والارتجاف والنيومتك والجاذبيّة والمغناطيسيّة.

And then you need smartly designed interactions.

ثمّ تحتاج إلى تفاعلات مصمّمة بذكاء.

And those interactions allow for error correction,

وتلك التفاعلات تسمح باصلاح الأخطاء،

and they allow the shapes to go from one state to another state.

وهي تسمح للأشكال بأن تتحوّل من حالة إلى حالة أخرى.

So now I'm going to show you a number of projects that we've built,

الآن سأريكم بعض المشاريع التي قمت ببنائها،

from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional

أنطمة ذو بعد واحد و بعدين و ثلاثة أبعاد

and even four-dimensional systems.

وحتّى أنظمة ذو أربعة أبعاد.

So in one-dimensional systems --

في الأنظمة ذات البعد الواحد --

this is a project called the self-folding proteins.

هذا المشروع يسمّى البروتينات الذاتيّة الطيّ.

And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --

والفكرة هي أن تأخذ هيكلا ثلاثيّ الأبعاد لبروتين --

in this case it's the crambin protein --

في هذه الحالة هو بروتين الكرامبين --

you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --

تنزع العمود الظهريّ -- إذا ما من تشابك ولا تفاعلات بيئيّة --

and you break that down into a series of components.

ثمّ تقوم بتقسيم ذلك إلى سلاسل من المكوّنات.

And then we embed elastic.

ثمّ نغرس مطّاطا.

And when I throw this up into the air and catch it,

وعندما أرمي هذا في الهواء ثمّ ألتقطه،

it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.

يكون له الهيكلة الثلاثية الأبعاد الكاملة للبروتين، بكلّ تعقيداتها.

And this gives us a tangible model

وهذا يعطينا نموذجا ملموسا

of the three-dimensional protein and how it folds

للبروتين الثلاثيّ الأبعاد وكيفيّة انطوائه

and all of the intricacies of the geometry.

وكلّ التعقيدات الهندسيّة الرياضيّة.

So we can study this as a physical, intuitive model.

وبالتّالي نستطيع دراسته كأيّ نموذج فيزيائيّ بسيط.

And we're also translating that into two-dimensional systems --

ونحن أيضا نترجم ذلك إلى أنظمة ثنائيّة الأبعاد --

so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.

وأيضا الأوراق المسطّحة القادرة على الطيّ الذاتيّ إلى هياكل ثلاثيّة الأبعاد.

In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal

بالنّسبة لثلاثيّات الأبعاد، قمنا بمشروع السنة الفارطة بـ TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

مع أوتودسك و آرثور أولسون

where we looked at autonomous parts --

حيث نظرنا إلى أجزاء ذاتيّة الحكم --

so individual parts not pre-connected that can come together on their own.

و الأجزاء الفرديّة الغير مرتبطة مسبقا التي يمكنها أن تتشكّل معا وحدها.

And we built 500 of these glass beakers.

وبنينا 500 من هذه الأكواب الزجاجيّة.

They had different molecular structures inside

كانت لها هياكل خلويّة مختلفة بالدّاخل

and different colors that could be mixed and matched.

وألوان متعدّدة كان يمكن مزجها و مطابقتها.

And we gave them away to all the TEDsters.

وأعطيناها لجميع الحاضرين بـTED.

And so these became intuitive models

إذن فتلك أصبحت نماذج بديهيّة

to understand how molecular self-assembly works at the human scale.

لفهم كيفيّة عمل التجميع الذاتيّ الخلويّ في جسم الإنسان.

This is the polio virus.

هذا فيروس شلل الأطفال.

You shake it hard and it breaks apart.

تقوم بهزّه بقوّة ثمّ تحطيمه إلى أجزاء.

And then you shake it randomly

ثمّ تقوم بهزّه بطريقة عشوائيّة.

and it starts to error correct and built the structure on its own.

فيقوم بإصلاح الأخطاء و بناء الهيكل بنفسه.

And this is demonstrating that through random energy,

وهذا يبيّن أنّه وعبر طاقة عشوائيّة،

we can build non-random shapes.

نستطيع أن نبني أشكالا لاعشوائية.

We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.

بل أنّنا حتّى بيّنا أنّه بامكاننا القيام بذلك على مستويات أكبر.

Last year at TED Long Beach,

السنة الفارطة بـTED بلونغ بيتش،

we built an installation that builds installations.

قمنا ببني تركيب يبني التراكيب.

The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?

الفكرة كانت، هل يمكننا صنع أشياء بحجم الأثاث وذاتيّة التّجميع؟

So we built a large rotating chamber,

لذلك بنينا غرفة كبيرة دوّارة،

and people would come up and spin the chamber faster or slower,

و النّاس كانوا يقدمون ويدوّرون الغرفة أسرع أو أبطأ،

adding energy to the system

بإضافة طاقة للنّظام

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

والحصول على فهم حدسيّ لكيفيّة عمل التّجميع الذاتيّ

and how we could use this

وكيف يمكننا اسخدام ذلك

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

في تقنية تصنيع أو بناء منتجات كبيرة الحجم.

So remember, I said 4D.

تذكّروا، لقد قلت أربعة أبعاد.

So today for the first time, we're unveiling a new project,

اليوم، لأوّل مرّة، سأكشف النّقاب عن مشروع جديد،

which is a collaboration with Stratasys,

بالتّعاون مع ستراتاسيس،

and it's called 4D printing.

ويسمّى بالطباعة الرباعيّة الأبعاد.

The idea behind 4D printing

الفكرة وراء الطّباعة الرباعيّة الأبعاد

is that you take multi-material 3D printing --

هي أن تأخذ طابعة ثلاثيّة الأبعاد متعدّدة المواد --

so you can deposit multiple materials --

حتّى تتمكّن من استعمال عديد المواد --

and you add a new capability,

ثمّ تقوم بإضافة قدرة جديدة،

which is transformation,

وهي التّحويل،

that right off the bed,

والتي تعني

the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.

أنّ الأجزاء يمكنها أن تتحوّل مباشرة من شكل إلى آخر بصفة ذاتيّة.

And this is like robotics without wires or motors.

ممّا يجعلها تشبه روبوتات دون أسلاك أو محرّكات.

So you completely print this part,

إذ تقوم بطباعة هذا الجزء كليّا،

and it can transform into something else.

ويستطيع أن يتحوّل إلى أمر آخر.

We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.

كما نعمل أيضا مع أوتوديسك على برمجيّة يقومون بتطويرها اسمها "مشروع سايبورغ".

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

وهذا يسمح لنا بمحاكاة سلوك التجميع الذاتي

and try to optimize which parts are folding when.

ومحاولة معرفة أيّة أجزاء تطوى و متى.

But most importantly, we can use this same software

لكن الأهمّ هو أنّنا نستطيع استعمال هذه البرمجيّة

for the design of nanoscale self-assembly systems

لتصميم الأنظمة الذاتيّة التجميع على مقياس النانو

and human scale self-assembly systems.

وأنظمة ذاتية التجميع على مقياس الإنسان.

These are parts being printed with multi-material properties.

هذه أجزاء تْطبع بخاصيات متعدّدة المواد.

Here's the first demonstration.

هذا أوّل كشف.

A single strand dipped in water

ظفرة واحدة تغمس في الماء

that completely self-folds on its own

ثمّ تعيد تجميع ذاتيّا كليّا

into the letters M I T.

لتكوّن الأحرف M I T.

I'm biased.

أنا متحيّز.

This is another part, single strand, dipped in a bigger tank

هذا جزء آخر، ظفرة واحدة تغمس في وعاء أكبر

that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.

يقوم بتجميع نفسه ذاتيّا إلى مكعّب، بنية ثلاثيّة الأبعاد.

So no human interaction.

إذن من دون تدخل بشريّ.

And we think this is the first time

ونظنّ أنّ هذه هي المرّة الأولى

that a program and transformation

التي كان فيها برنامج و تحوّل

has been embedded directly into the materials themselves.

مجسّدين مباشرة في المواد نفسها.

And it also might just be the manufacturing technique

وقد تكون تلك التقنية في التصنيع

that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.

هي التي تسمح لنا بانتاج بنية تحتيّة أكثر قدرة للتأقلم في المستقبل.

So I know you're probably thinking,

أعلم أنّكم على الأرجح تفكّرون،

okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?

حسنا، هذا رائع، لكن كيف نستغلّ أيّا من هذا لصالح بيئة البناء؟

So I've started a lab at MIT,

بدأنا بمختبر بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا،

and it's called the Self-Assembly Lab.

يسمّى مختبر التجميع الذاتيّ.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

ونحن ملتزمون بمحاولة تطوير مواد قادرة للبرمجة

for the built environment.

لبيئة البناء.

And we think there's a few key sectors

ونظنّ أنّ هناك بعض القطاعات الهامّة

that have fairly near-term applications.

التي لها نوع من التطبيقات القريبة المدى.

One of those is in extreme environments.

أحدها تكمن في البيئات المتطرّفة.

These are scenarios where it's difficult to build,

هذه هي السيناريوهات حيث يصعب البناء،

our current construction techniques don't work,

ولن تكون تقنيات البناء الحاليّة ناجعة،

it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.

الأمر ضخم، خطير جدا، مكلف جدّا و به الكثير من الأجزاء.

And space is a great example of that.

والفضاء أفضل مثال على ذلك.

We're trying to design new scenarios for space

نحن نحاول تصميم سيناريوهات جديدة للفضاء

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

يمكن إعادة تشكيلها كلّيا و بنى ذاتيّة التجميع

that can go from highly functional systems from one to another.

يمكنها أن تكون في غاية العمليّة وظيفيّا من نظام إلى آخر.

Let's go back to infrastructure.

لنعد إلى البنى التحتيّة.

In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.

في هذه الحالة، نحن نعمل مع شركة خارج بوسطن اسمها جيوسانتك.

And we're developing a new paradigm for piping.

ونحن نعمل على تطوير نموذج جديد للأنابيب.

Imagine if water pipes could expand or contract

تصوّروا إن كانت أنابيب المياه قادرة على التمدّد أو التقلّص

to change capacity or change flow rate,

لتغيير قابليّتها للاستيعاب أو معدّل السيلان،

or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.

أو ربّما تتموّج لتقوم بنفسها بتحريك المياه.

So this isn't expensive pumps or valves.

هذه ليست أنابيبا و صمّامات مكلفة.

This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.

هذا أنبوب مبرمج تماما لوحده، وقادر على التأقلم بمفرده.

So I want to remind you today

لذلك أريد أن أذكّركم اليوم

of the harsh realities of assembly in our world.

بالحقائق المؤلمة للتجميع في عالمنا.

These are complex things built with complex parts

هذه هي أشياء معقّدة مبنيّة بأجزاء معقّدة

that come together in complex ways.

التي تجتمع معا بطرق معقّدة.

So I would like to invite you from whatever industry you're from

لذلك أودّ أن أدعوكم كلّكم مهما تكن خلفيّتكم الصناعية

to join us in reinventing and reimagining the world,

لتنضمّوا إلينا وتعيدون تصوّر العالم،

how things come together from the nanoscale to the human scale,

كيفيّة تجمّع الأشياء معا من المقياس النانويّ إلى البشريّ،

so that we can go from a world like this

لكي ننتقل من عالم هكذا

to a world that's more like this.

إلى عالم أشبه بهذا.

Thank you.

شكرا لكم.

(Applause)

(تصفيق)