The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Translator: Lilia Mladenova Reviewer: Anton Hikov

This is me building a prototype

Това съм аз, правещ прототип

for six hours straight.

6 последователни часа.

This is slave labor to my own project.

Това е робска работа за собствения ми проект.

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

Така изглежда процесът на ръчна изработка.

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

И той е подобие на днешния строителен и производствен свят

with brute-force assembly techniques.

с натоварващи монтажни методи.

And this is exactly why I started studying

Точно поради това започнах да уча

how to program physical materials to build themselves.

как да програмирам физически материали да се сглобяват сами.

But there is another world.

Но има и друг свят.

Today at the micro- and nanoscales,

Днес на микро и нано нива

there's an unprecedented revolution happening.

се случва невиждана революция.

And this is the ability to program physical and biological materials

Тя е способността да програмираме физически и биологични материали

to change shape, change properties

да менят форма, да променят свойства

and even compute outside of silicon-based matter.

и дори да работят извън материята на силиконова основа.

There's even a software called cadnano

Дори има софтуер, наречен каднано,

that allows us to design three-dimensional shapes

който ни позволява да проектираме триизмерни форми

like nano robots or drug delivery systems

като нано роботи или системи за доставка на лекарства

and use DNA to self-assemble those functional structures.

и да използваме ДНК, за самосглобяване на тези функционални структури.

But if we look at the human scale,

Ако погледнем от човешката страна на нещата,

there's massive problems that aren't being addressed

има огромни проблеми, на които не се обръща внимание

by those nanoscale technologies.

от тези нано технологии.

If we look at construction and manufacturing,

Ако разгледаме конструирането и производството,

there's major inefficiencies, energy consumption

има преобладаващи неефикасни, поглъщащи енергия

and excessive labor techniques.

и прекалено трудоемки техники.

In infrastructure, let's just take one example.

В инфраструктурата, нека дадем само един пример,

Take piping.

тръбопроводите.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

При водните тръби имаме такива с определен обем,

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

които са с фиксирани нива на водния поток, без скъпите помпи и клапани.

We bury them in the ground.

Заравяме ги в земята.

If anything changes -- if the environment changes,

Ако нещо се промени -- ако средата се промени,

the ground moves, or demand changes --

земята се измести, или търсенето се промени --

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

трябва да започнем от нулата и да ги извадим и сменим.

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

Вярвам, че можем да съчетаем тези два свята,

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

че можем да съберем програмируемите нано адаптивни материали

and the built environment.

със средата на конструиране.

And I don't mean automated machines.

И не говоря за автоматизирани машини.

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

Нямам предвид само интелигентни машини, които заменят хората,

But I mean programmable materials that build themselves.

a програмируеми материали, които сами се конструират.

And that's called self-assembly,

Това се нарича себесглобяване,

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

което е процес, от който разпилени части конструират подредена структура

through only local interaction.

само чрез местно взаимодействие.

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

Какво ни трябва, ако искаме да постигнем това с човешка работна ръка?

We need a few simple ingredients.

Няколко прости съставки.

The first ingredient is materials and geometry,

Първата е материали и геометрия

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

и те трябва да са тясно свързани с енергийния източник.

And you can use passive energy --

Можете да използвате и пасивна енергия --

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

топлина, трептене, пневматика, гравитация, магнетизъм.

And then you need smartly designed interactions.

А тогава ви трябват интелигентно проектирани взаимодействия.

And those interactions allow for error correction,

Тези взаимодействия позволяват коригиране на грешки,

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

позволяват на формите да преминават от една в друга.

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

Сега ще ви покажа няколко проекта, които сме направили,

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

от едномерни, двуизмерни, триизмерни

and even four-dimensional systems.

и дори четириизмерни системи.

So in one-dimensional systems --

В едномерните системи --

this is a project called the self-folding proteins.

това е проект, наречен самонагъващи се протеини.

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

Замисълът е да вземем 3-измерната структура на протеин --

in this case it's the crambin protein --

в този случай е крамбинов протеин --

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

взимате основата -- няма преплитане, няма контакт със средата --

and you break that down into a series of components.

и го разделяме на редица елементи.

And then we embed elastic.

После добавяме еластичност.

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

И когато хвърля това във въздуха и го хвана,

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

то има завършена 3D структура на протеин

And this gives us a tangible model

Това ни дава реалистичен модел

of the three-dimensional protein and how it folds

на 3D протеина, как той се нагъва

and all of the intricacies of the geometry.

и всичките му геометрични подробности.

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

Така че можем да го изучаваме като физически, интуитивен образец.

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

И ние прилагаме това и в 2D системи --

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

плосък лист хартия, който да може да се сгъва сам в 3-измерни структури.

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

Направихме 3D проект миналата година на TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

с Autodesk и Артър Олсън,

where we looked at autonomous parts --

където разгледахме самостоятелни части --

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

които не са свързани предварително, но могат да се съберат сами.

And we built 500 of these glass beakers.

Направихме 500 такива стъклени чаши.

They had different molecular structures inside

Имаха различна молекулярна структура

and different colors that could be mixed and matched.

и различни цветове, които можеха да преливат и да се сливат.

And we gave them away to all the TEDsters.

Раздадохме ги на TED-стърите.

And so these became intuitive models

Предметите станаха интуитивни макети

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

за разбиране как действа молекулярното себесглобяване на човешко ниво.

This is the polio virus.

Това е полио вирус.

You shake it hard and it breaks apart.

Разтърсвате го и се разпада на парчета.

And then you shake it randomly

След това го разклащате произволно

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

и започва да коригира грешките и да сглобява сам структурата си.

And this is demonstrating that through random energy,

А това показва, че чрез произволна енергия,

we can build non-random shapes.

можем да направим форми на неслучаен принцип.

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

Дори демонстрирахме, че можем да го направим в по-големи мащаби.

Last year at TED Long Beach,

Миналата година в TED Лонг Бийч,

we built an installation that builds installations.

направихме инсталация, която строи инсталации.

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

Искахме да проверим дали може да се самосгобяват мебели.

So we built a large rotating chamber,

Издигнахме голяма въртяща се камера,

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

и хората идваха и я завъртаха по-силно или по-леко,

adding energy to the system

добавяйки енергия към системата,

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

и получаваха интуитивно разбиране как себеслобяването действа

and how we could use this

и как можем да го използваме

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

в по-мащабно строителство или производствени техники за стоки.

So remember, I said 4D.

Спомням си, че казах 4D.

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

Днес за първи път разкриваме нов проект,

which is a collaboration with Stratasys,

който е в сътрудничество с Stratasys,

and it's called 4D printing.

и се нарича 4-измерно копиране.

The idea behind 4D printing

Замисълът му е

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

да вземем 3D копие от различни материали --

so you can deposit multiple materials --

така че можете да депозирате множество материали --

and you add a new capability,

и да добавим ново свойство,

which is transformation,

което е преобразуване,

that right off the bed,

това е новост,

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

елементите могат да се преобразуват от една форма в друга сами.

And this is like robotics without wires or motors.

Наподобява роботика без жици и моторчета.

So you completely print this part,

Напълно копирате тази част,

and it can transform into something else.

и тя може да се трансформира в нещо друго.

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

Работихме и с Autodesk по софтуер, който разработват, наречен Проект Киборг.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

Това ни позволи да симулираме самосглобяването

and try to optimize which parts are folding when.

и да опитаме да определяме кои части кога да се свиват.

But most importantly, we can use this same software

Но най-важното, можем да използваме същия софтуер

for the design of nanoscale self-assembly systems

за разработка на самосглобяващи се системи на нано

and human scale self-assembly systems.

и на човешко ниво.

These are parts being printed with multi-material properties.

Това са елементи, копирани със свойства на различни материали.

Here's the first demonstration.

Ето първата демонстрация.

A single strand dipped in water

Нишка, потопена във вода,

that completely self-folds on its own

която напълно самостоятелно се огъва

into the letters M I T.

в буквите M I T.

I'm biased.

Аз съм пристрастен.

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

Това е друг елемент, нишка, потопена в по-голям аквариум,

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

която се огъва в куб, 3D структура, самостоятелно.

So no human interaction.

Няма човешка намеса.

And we think this is the first time

И вярваме, че това е първият път,

that a program and transformation

когато програма и преобразуване

has been embedded directly into the materials themselves.

са втъкани директно в материалите.

And it also might just be the manufacturing technique

И това може да е производственият метод,

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

който ни позволява да произвеждаме по-адаптивна инфраструктура в бъдеще.

So I know you're probably thinking,

Знам, че вероятно си мислите:

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

"Ок, това е чудесно, но как да използваме някое от нещата в застроена среда?"

So I've started a lab at MIT,

Имам лаборатория в MIT,

and it's called the Self-Assembly Lab.

наречена лаборатория за самосглобяване.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Отдадени сме на опитите да развием програмируеми материали

for the built environment.

за застроени среди.

And we think there's a few key sectors

Вярваме, че има няколко ключови идеи,

that have fairly near-term applications.

които са почти приложими.

One of those is in extreme environments.

Една е за в екстремни територии.

These are scenarios where it's difficult to build,

Това са места, където е трудно да се строи,

our current construction techniques don't work,

настоящите ни строителни техники не са използваеми,

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

прекалено големи са, прекалено опасно е, прекалено скъпо, прекалено много части,

And space is a great example of that.

А пространството е добър пример за това.

We're trying to design new scenarios for space

Опитваме се да изработим нови техники за места,

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

които имат напълно преконфигуриращи се и самосглобяващи се структури,

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

които да преминават от една високо функционална система към друга такава.

Let's go back to infrastructure.

Нека се върнем на инфраструктурата.

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

За нея работим с фирма от Бостън, наречена Geosyntec.

And we're developing a new paradigm for piping.

Разработваме нова парадигма за тръбопроводите.

Imagine if water pipes could expand or contract

Представете си водни тръби, които могат да се разширяват или свиват

to change capacity or change flow rate,

за да променят капацитета или водния поток,

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

или дори да се движат перисталтично, за да придвижват водата сами.

So this isn't expensive pumps or valves.

Не говорим за скъпи помпи и клапи.

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

Това е напълно програмируема и приспособяваща се тръба.

So I want to remind you today

Искам днес да ви припомня

of the harsh realities of assembly in our world.

за суровите истини на сглобяването в света,

These are complex things built with complex parts

Това са сложни неща, построени със сложни елементи,

that come together in complex ways.

които се съчетават по сложни способи.

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

Искам да ви поканя, от която и индустрия да сте,

to join us in reinventing and reimagining the world,

да се присъедините към преоткриването и преустройството на света,

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

как нещата си пасват от микро ниво до стандартно,

so that we can go from a world like this

за да се пренесем от свят като този

to a world that's more like this.

в свят подобен на този.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)