The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Překladatel: Marek Vanžura Korektor: Katerina Fundova

This is me building a prototype

Tohle jsem já, jak stavím model

for six hours straight.

nepřetržitě šest hodin.

This is slave labor to my own project.

Je to otrocká práce na vlastním projektu.

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

Takhle opravdu vypadají pohyby konstruktéra při stavbě.

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

Jsou analogií k dnešním konstrukčním a výrobním technikám,

with brute-force assembly techniques.

kdy se k budování užívá hrubá síla.

And this is exactly why I started studying

Což je přesně důvod, proč jsem se začal zabývat

how to program physical materials to build themselves.

programováním fyzických materiálů, aby se začaly budovat samy.

But there is another world.

Existuje totiž ještě jiný svět než náš každodenní.

Today at the micro- and nanoscales,

Jsou jím mikro a nanorozměry,

there's an unprecedented revolution happening.

kde se děje nevídaná revoluce.

And this is the ability to program physical and biological materials

Jde o schopnost programovat fyzické a biologické materiály tak,

to change shape, change properties

aby měnily tvar, měnily vlastnosti

and even compute outside of silicon-based matter.

či dokonce prováděly výpočty mimo křemíkové obvody.

There's even a software called cadnano

Dokonce existuje software nazvaný Cadnano,

that allows us to design three-dimensional shapes

který nám dovoluje navrhovat třírozměrné tvary,

like nano robots or drug delivery systems

například pro nanoroboty nebo systémy pro dopravu léků

and use DNA to self-assemble those functional structures.

a používat DNA k samoorganizaci funkčních struktur.

But if we look at the human scale,

Podíváme-li se však naší optikou,

there's massive problems that aren't being addressed

jsme jako lidé vystaveni obrovským problémům, které se však

by those nanoscale technologies.

v nanorozměrech neobjevují.

If we look at construction and manufacturing,

Vezmeme-li v úvahu konstrukci a výrobu,

there's major inefficiencies, energy consumption

hlavními problémy jsou obrovská neefektivnost, spotřeba energií

and excessive labor techniques.

a nadbytečné pracovní postupy.

In infrastructure, let's just take one example.

V případě infrastruktury se podívejme na jeden konkrétní příklad.

Take piping.

Například potrubí.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

Vodovodní trubky mají fixní průřez,

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

který umožňuje fixní objemy průtoku, pokud nepoužijeme výkonnější pumpy a ventily.

We bury them in the ground.

Zakopáváme je do země.

If anything changes -- if the environment changes,

Pokud se něco změní -- dojde-li ke změnám prostředí,

the ground moves, or demand changes --

zemětřesení nebo ke změně poptávky --

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

musíme začít úplně od začátku, tedy potrubí odstranit a vyměnit.

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

Takže bych rád navrhl, abychom propojili zmíněné dva světy,

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

abychom propojili svět programovatelných přizpůsobivých materiálů nanosvěta

and the built environment.

a naše prostředí.

And I don't mean automated machines.

A nemám na mysli automatizované stroje.

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

Nemám na mysli chytré stroje, které nahradí lidi.

But I mean programmable materials that build themselves.

Mám na mysli programovatelné materiály, které budou vytvářet samy sebe.

And that's called self-assembly,

Říká se tomu self-assembly -- samoorganizace,

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

což je proces, při němž se neuspořádané části přesunují do uspořádané struktury

through only local interaction.

jen pomocí místních interakcí.

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

Co potřebujeme, abychom toho dosáhli v našem světě?

We need a few simple ingredients.

Stačí pár jednoduchých ingrediencí.

The first ingredient is materials and geometry,

První z nich jsou materiály a tvary,

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

které je třeba vzájemně propojit energetickým zdrojem.

And you can use passive energy --

Lze využít pasivní energie --

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

teplo, třepání, stlačený vzduch, gravitaci, magnetismus.

And then you need smartly designed interactions.

Pak jsou třeba chytře navržené interakce.

And those interactions allow for error correction,

Tyto interakce dovolují nápravu chyb,

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

stejně tak dovolují tvarům, aby se přeměnily z jednoho stavu na druhý.

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

Teď vám ukážu pár projektů, které jsme vytvořili,

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

od jednorozměrných, přes dvourozměrné a třírozměrné

and even four-dimensional systems.

až po čtyřrozměrné systémy.

So in one-dimensional systems --

U jednorozměrných systémů --

this is a project called the self-folding proteins.

toto je projekt nazvaný samoskládající se bílkoviny.

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

Myšlenka spočívá v tom, že vezmeme třírozměrnou strukturu bílkoviny --

in this case it's the crambin protein --

v tomto případě to je crambin --

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

vezmete jádro -- takže žádné přechodné interakce ani žádný vliv na prostředí --

and you break that down into a series of components.

a rozložíte jej na sérii jednotlivých komponentů.

And then we embed elastic.

Přidali jsme pružnost.

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

Následně ji vyhodím do vzduchu a znovu ji chytím,

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

má zcela třírozměrnou strukturu bílkoviny, všechny její spletitosti.

And this gives us a tangible model

Tohle nám poskytuje hmatatelný model

of the three-dimensional protein and how it folds

třírozměrné bílkoviny a procesu jejího skládání

and all of the intricacies of the geometry.

a všech jejích spletitostí a tvarování.

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

Takže ji můžeme studovat jako fyzický, intuitivní model.

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

Rovněž ji přetváříme do dvourozměrných systémů --

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

tedy plochy, které se mohou samy přeskládat do třírozměrných struktur.

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

V těchto třech dimenzích jsme dělali projekt loni na TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

s Autodeskem a Arthurem Olsonem,

where we looked at autonomous parts --

kde jsme se zabývali autonomními částmi --

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

takže jednotlivé části, které nebyly předem spojeny, se mohly samovolně spojit.

And we built 500 of these glass beakers.

Vytvořili jsme 500 těchto kádinek.

They had different molecular structures inside

Mají různé molekulární struktury

and different colors that could be mixed and matched.

a různé barvy, které se mohou promíchat a spojit.

And we gave them away to all the TEDsters.

A rozdali jsme je účastníkům TEDu.

And so these became intuitive models

Staly se intutivními modely

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

k pochopení toho, jak se molekulární samoorganizace (self-assembly) děje v lidském světě.

This is the polio virus.

Tohle je vir obrny.

You shake it hard and it breaks apart.

Pořádně s ním zatřesete a rozloží se na části.

And then you shake it randomly

A pak s ním náhodně třesete

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

a začne napravovat chyby a sám začne vytvářet strukturu.

And this is demonstrating that through random energy,

To je ukázka, jak pomocí náhodné energie

we can build non-random shapes.

můžeme utvářet nenáhodné tvary.

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

Také jsme dokázali, že to jde dělat i v mnohem větších měřítcích.

Last year at TED Long Beach,

Minulý rok na TED Long Beach

we built an installation that builds installations.

jsme vytvořili instalaci, která vytvářela instalace.

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

Otázka byla, zda je možné samoorganizovat objekty velikosti nábytku ?

So we built a large rotating chamber,

Tak jsme vyrobili velkou rotující komoru,

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

a lidé mohli přijít a točit komorou rychle či pomalu,

adding energy to the system

dodávat systému energii,

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

a porozumět tomu, jak self-assembly funguje

and how we could use this

a jak bychom ji mohli využít

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

ke konstrukcím a výrobě objektů v makrosvětě.

So remember, I said 4D.

Jak si jistě vzpomínáte, zmínil jsem se i o 4D.

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

Dnes úplně poprvé představíme nový projekt,

which is a collaboration with Stratasys,

který provádíme ve spolupráci se Stratasys

and it's called 4D printing.

a nazývá se 4D tisk.

The idea behind 4D printing

Hlavní myšlenka 4D tisku je,

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

že vezmeme různé materiály k 3D tisku --

so you can deposit multiple materials --

můžeme použít nejrůznější materiály --

and you add a new capability,

čímž získáme nové možnosti,

which is transformation,

jako je transformace,

that right off the bed,

přímo na místě

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

se části mohou přeformovat z jednoho tvaru na jiný, zcela podle sebe.

And this is like robotics without wires or motors.

Je to něco jako robotika bez drátů a motorů.

So you completely print this part,

Vlastně si kompletně vytiskneme danou část,

and it can transform into something else.

která se může přetvořit v něco jiného.

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

Rovněž jsme pracovali s Autodeskem na softwaru, který vyvíjejí pod názvem Projekt Cyborg.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

Umožňuje simulovat chování samoorganizace (self-assembly)

and try to optimize which parts are folding when.

a optimalizovat, které části se kdy skládají.

But most importantly, we can use this same software

Nejdůležitější je, že můžeme tento software použít

for the design of nanoscale self-assembly systems

pro navrhování samoorganizujících se systémů v nanorozměrech,

and human scale self-assembly systems.

stejně tak pro samoorganizující se systémy lidských rozměrů.

These are parts being printed with multi-material properties.

Tohle jsou části, které byly vytisknuty s vlastnostmi více materiálů.

Here's the first demonstration.

Zde je první ukázka.

A single strand dipped in water

Jednotlivé vlákno namočené ve vodě

that completely self-folds on its own

se naprosto autonomně složí do

into the letters M I T.

podoby písmen M I T.

I'm biased.

Pardon, to moje profesionální deformace.

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

Tohle je další část, jednotlivé vlákno, namočené ve větší nádrži,

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

které se samo složí do tvaru krychle, trojrozměrné struktury, zcela samo.

So no human interaction.

To znamená bez jakéhokoli kontaktu s člověkem.

And we think this is the first time

Domníváme se, že je to vůbec poprvé,

that a program and transformation

kdy program a transformace

has been embedded directly into the materials themselves.

byly vloženy přímo do materiálů samotných.

And it also might just be the manufacturing technique

Může to být pouze výrobní postup,

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

který nám dovolí vytvářet přizpůsobivější infrastrukturu budoucnosti.

So I know you're probably thinking,

Myslím, že vím, co si teď asi myslíte:

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

"Dobře, je to hezké, ale jak použijeme všechny tyhle záležitosti ke stavbě věcí?"

So I've started a lab at MIT,

Z toho důvodu jsem založil na MIT laboratoř,

and it's called the Self-Assembly Lab.

která se jmenuje Self-Assembly Lab.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Snažíme se zde vytvářet programovatelné materiály,

for the built environment.

které by sloužily ke stavbě věcí.

And we think there's a few key sectors

Myslíme si, že existuje několik klíčových oblastí,

that have fairly near-term applications.

ve kterých můžeme v blízké době spatřit výsledky v podobě aplikací.

One of those is in extreme environments.

Jednou z těchto oblastí jsou extrémní prostředí.

These are scenarios where it's difficult to build,

Jedná se o případy, kdy je náročné něco postavit,

our current construction techniques don't work,

kde naše současné konstrukční techniky nefungují,

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

protože jsou příliš velké a příliš nebezpečné, příliš nákladné a mají mnoho částí.

And space is a great example of that.

Vesmír je vynikajícím příkladem.

We're trying to design new scenarios for space

Snažíme se navrhnout nové projekty ve vesmíru,

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

kde bude možné využít plně přestavitelné a samoorganizující se struktury,

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

které se budou moci měnit z jednoho specializovaného systému na druhý.

Let's go back to infrastructure.

Vraťme se ale k infrastruktuře.

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

V této oblasti pracujeme s bostonskou společností Geosyntec.

And we're developing a new paradigm for piping.

Vyvíjíme nový standard potrubí.

Imagine if water pipes could expand or contract

Představte si, kdyby se potrubí mohlo rozšiřovat či smršťovat,

to change capacity or change flow rate,

aby změnilo kapacitu nebo průtokový objem,

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

nebo možná aby se vlnilo jako peristaltika střev, čímž by pomáhalo pohybu vody.

So this isn't expensive pumps or valves.

Nebyly by potřeba drahé pumpy a ventily.

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

Šlo by o kompletně programovatelné a přizpůsobivé potrubí.

So I want to remind you today

Chci vám dnes připomenout

of the harsh realities of assembly in our world.

smutnou realitu skládání v dnešním světě.

These are complex things built with complex parts

Jsou to složité věci vytvářené ze složitých částí,

that come together in complex ways.

které se vzájemně spojují složitými způsoby.

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

Takže ať už pracujete v jakémkoli oboru, rád bych vás vyzval,

to join us in reinventing and reimagining the world,

abyste se k nám připojili a přeměnili svět toho,

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

jak se věci vzájemně spojují, a to od nanorozměrů až po lidské rozměry,

so that we can go from a world like this

abychom tak mohli přejít od světa jako je tento

to a world that's more like this.

ke světu jako je tento.

Thank you.

Děkuji.

(Applause)

(Potlesk)