The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Skylar Tibbits: Die Entstehung von "4D-Printing"

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Übersetzung: Arnulf Schmid Lektorat: Angelika Lueckert Leon

This is me building a prototype

Hier sehen Sie mich, wie ich einen Prototypen baue,

for six hours straight.

sechs Stunden lang.

This is slave labor to my own project.

Das ist Sklavenarbeit für mein eigenes Projekt.

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

So sieht es bei der DIY- und Maker-Bewegung tatsächlich aus.

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

Und es ist eine Analogie zu unseren heutigen Bau- und Produktionstechniken,

with brute-force assembly techniques.

die noch mit der Holzhammer-Methode arbeiten.

And this is exactly why I started studying

Und deshalb begann ich zu untersuchen,

how to program physical materials to build themselves.

wie man Materialien dazu bringen kann, sich selbst zusammenzubauen.

But there is another world.

Doch es gibt auch eine andere Welt.

Today at the micro- and nanoscales,

Heute findet im Mikro- und Nanobereich

there's an unprecedented revolution happening.

eine beispiellose Revolution statt.

And this is the ability to program physical and biological materials

Es geht darum, physikalische und biologische Materialien so zu programmieren,

to change shape, change properties

dass sie ihre Form und ihre Eigenschaften ändern

and even compute outside of silicon-based matter.

und sogar ohne Silizium-basierte Computerchips rechnen können.

There's even a software called cadnano

Es gibt sogar eine Software namens "cadnano",

that allows us to design three-dimensional shapes

mit der man dreidimensionale Gebilde entwerfen kann,

like nano robots or drug delivery systems

beispielsweise Nanoroboter oder Dosierungssysteme für Medikamente,

and use DNA to self-assemble those functional structures.

und die DNA verwendet, um diese funktionellen Strukturen selbst zu formen.

But if we look at the human scale,

Wenn wir jedoch den menschlichen Maßstab betrachten,

there's massive problems that aren't being addressed

gibt es große Probleme, die nicht angegangen werden,

by those nanoscale technologies.

von diesen Technologien im Nanobereich.

If we look at construction and manufacturing,

Wenn wir Baugewerbe und Produktion betrachten,

there's major inefficiencies, energy consumption

sind da große Ineffizienzen, Energieverbrauch

and excessive labor techniques.

und übermäßiger Arbeitseinsatz.

In infrastructure, let's just take one example.

Betrachten wir ein Beispiel aus der Infrastruktur.

Take piping.

Nehmen wir Rohrleitungen.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

Wasserrohre haben eine festgesetzte Kapazität

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

mit festgesetzten Durchflussraten – außer man verwendet teure Pumpen und Ventile.

We bury them in the ground.

Wir vergraben sie in der Erde.

If anything changes -- if the environment changes,

Wenn sich jetzt etwas ändert – wenn sich die Umgebung ändert,

the ground moves, or demand changes --

der Boden sich bewegt oder der Bedarf sich ändert –

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

müssen wir von vorne anfangen und sie ausgraben und ersetzen.

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

Deshalb schlage ich vor, dass wir beide Welten kombinieren,

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

die Welt der programmierbaren und anpassungsfähigen Nano-Materialien

and the built environment.

und die gebaute Umwelt.

And I don't mean automated machines.

Damit meine ich keine automatischen Maschinen,

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

keine intelligenten Maschinen, die Menschen ersetzen.

But I mean programmable materials that build themselves.

Ich meine programmierbare Materialien, die sich selbst zusammensetzen.

And that's called self-assembly,

Und das nennt sich "Selbst-Bau",

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

bei diesem Prozess setzen sich ungeordnete Elemente zu einer geordneten Struktur

through only local interaction.

allein durch lokale Interaktion zusammen.

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

Also was benötigen wir, wenn wir das im menschlichem Maßstab machen wollen?

We need a few simple ingredients.

Wir brauchen ein paar einfache Zutaten.

The first ingredient is materials and geometry,

Die erste Zutat sind Materialien und Geometrie

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

und diese müssen eng mit der Energiequelle gekoppelt werden.

And you can use passive energy --

Man kann passive Energie verwenden –

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

z. B. Wärme, Schütteln, Pneumatik, Gravitation, Magnetismus.

And then you need smartly designed interactions.

Und dann benötigt man intelligent entwickelte Wechselwirkungen.

And those interactions allow for error correction,

Und dieses Zusammenspiel erlaubt Fehlerkorrekturen

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

und ermöglicht, dass die Formen von einem Zustand in den nächsten übergehen.

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

Jetzt zeige ich Ihnen einige der Projekte, die wir entwickelt haben,

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

ein-, zwei-, dreidimensionale

and even four-dimensional systems.

und sogar vierdimensionale Systeme.

So in one-dimensional systems --

Eindimensionale Systeme –

this is a project called the self-folding proteins.

dieses Projekt nennt sich "selbstfaltende Proteine".

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

Man nimmt die dreidimensionale Struktur eines Proteins,

in this case it's the crambin protein --

in diesem Fall ein Crambin-Protein –

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

man nimmt das Rückgrat – also keine Vernetzung und keine Wechselwirkungen mit der Umwelt –

and you break that down into a series of components.

und bricht es herunter auf eine Reihe von Einzelteilen.

And then we embed elastic.

Und dann schließen wir Elastizität mit ein.

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

Und wenn ich es in die Luft werfe und wieder auffange,

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

hat es die volle dreidimensionale Struktur des Proteins, alle Feinheiten.

And this gives us a tangible model

Und so erhalten wir ein greifbares Modell

of the three-dimensional protein and how it folds

des dreidimensionalen Proteins, wie es gefaltet ist

and all of the intricacies of the geometry.

und aller Feinheiten der Geometrie.

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

So können wir es als physisches, intuitives Modell studieren.

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

Und wir können es auch in zweidimensionale Systeme überführen –

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

flache Platten können sich selbst zu dreidimensionalen Strukturen falten.

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

Bezüglich 3D haben wir letztes Jahr ein Projekt bei TEDGlobal gemacht,

with Autodesk and Arthur Olson

mit Autodesk und Arthur Olson

where we looked at autonomous parts --

bei dem wir autonome Teile betrachteten –

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

also individuelle Teile, die nicht vormontiert sind und sich selbst zusammensetzen.

And we built 500 of these glass beakers.

Und wir hatten 500 dieser Glaskolben vorbereitet,

They had different molecular structures inside

mit verschiedenen molekularen Strukturen

and different colors that could be mixed and matched.

und verschiedenen Farben, die kombiniert werden konnten.

And we gave them away to all the TEDsters.

Und wir verteilten sie an alle TEDster.

And so these became intuitive models

So erhielten wir intuitive Modelle,

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

um zu verstehen, wie molekularer Selbst-Bau im menschlichen Maßstab funktioniert.

This is the polio virus.

Das ist ein Poliovirus.

You shake it hard and it breaks apart.

Schüttelt man ihn stark, bricht er auseinander.

And then you shake it randomly

Dann schüttelt man ihn willkürlich

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

und er beginnt die Fehler zu korrigieren und die Struktur von selbst herzustellen.

And this is demonstrating that through random energy,

Das zeigt, dass mit zufällig angewandter Energie

we can build non-random shapes.

nicht-zufällige Strukturen geschaffen werden können.

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

Wir haben auch gezeigt, dass es in viel größerem Maßstab machbar ist.

Last year at TED Long Beach,

Letztes Jahr auf TED in Long Beach

we built an installation that builds installations.

haben wir eine Installation gebaut, die wiederum selbst Installationen baut.

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

Wir wollten sich selbst formende Objekte in der Größe von Möbeln.

So we built a large rotating chamber,

Also haben wir eine große rotierende Kammer gebaut

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

und die Leute konnten die Kammer schneller oder langsamer drehen,

adding energy to the system

dem System so Energie zuführen

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

und damit ein intuitives Verständnis gewinnen, wie Selbst-Formung funktioniert

and how we could use this

und wie wir das

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

im Makro-Maßstab zur Herstellung von Produkten verwenden können.

So remember, I said 4D.

Ich habe vorhin von 4D gesprochen.

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

Heute stellen wir zum ersten Mal ein neues Projekt vor,

which is a collaboration with Stratasys,

eine Zusammenarbeit mit Stratasys,

and it's called 4D printing.

die "4D-Printing" genannt wird.

The idea behind 4D printing

Die Idee hinter 4D-Printing ist,

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

dass man von 3D-Printing mit verschiedenen Materialien ausgeht –

so you can deposit multiple materials --

man kann also mehrere Materialien verwenden –

and you add a new capability,

und eine neue Fähigkeit dazunimmt,

which is transformation,

die Transformation,

that right off the bed,

sodass sich die Teile direkt

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

und selbständig von einer Form zur anderen transformieren.

And this is like robotics without wires or motors.

Das ist wie Robotik ohne Kabel und Motoren.

So you completely print this part,

Man kann dieses Teil komplett drucken

and it can transform into something else.

und es transformiert sich in etwas anderes.

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

Wir haben auch mit Autodesk an einer Software namens "Project Cyborg" gearbeitet,

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

mit der wir Selbst-Montage simulieren können

and try to optimize which parts are folding when.

und versuchen zu optimieren, welche Teile sich wann falten.

But most importantly, we can use this same software

Aber viel wichtiger, wir können diese Software nutzen,

for the design of nanoscale self-assembly systems

um selbstformende Systeme sowohl im Nano-Maßstab zu entwickeln,

and human scale self-assembly systems.

als auch im menschlichen Maßstab.

These are parts being printed with multi-material properties.

Diese Teile sind mit verschiedenen Materialien gedruckt.

Here's the first demonstration.

Hier ist eine erste Demonstration.

A single strand dipped in water

Ein einzelner Strang in Wasser getaucht,

that completely self-folds on its own

der sich komplett von selbst faltet

into the letters M I T.

zu den Buchstaben M I T.

I'm biased.

Ich bin voreingenommen.

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

Hier ist ein weiteres Teil, ein Einzelstrang in einen größeren Tank getaucht,

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

der sich zu einem Würfel faltet.

So no human interaction.

Ohne menschliches Zutun.

And we think this is the first time

Und wir glauben, dies ist das erste Mal,

that a program and transformation

dass ein Programm und eine Transformation

has been embedded directly into the materials themselves.

direkt in die Materialien selbst eingearbeitet wurden.

And it also might just be the manufacturing technique

Und dies könnte auch die Herstellungstechnik sein,

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

die uns zukünftig erlaubt, eine anpassungsfähigere Infrastruktur zu entwickeln.

So I know you're probably thinking,

Jetzt denken Sie wahrscheinlich,

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

ok, das ist cool, aber wie können wir das in der Praxis nutzen?

So I've started a lab at MIT,

Daher habe ich ein Labor am MIT gestartet.

and it's called the Self-Assembly Lab.

Es heißt "Self-Assembly Lab".

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Und wir versuchen hier, programmierbare Materialien

for the built environment.

für Bauumgebungen zu entwickeln.

And we think there's a few key sectors

Wir glauben, dass es wenige Schlüsselbereiche gibt,

that have fairly near-term applications.

für die es kurzfristig Anwendungen geben wird.

One of those is in extreme environments.

Eine davon ist in extremen Umgebungsbedingungen.

These are scenarios where it's difficult to build,

Hier ist es schwierig, etwas zu bauen,

our current construction techniques don't work,

unsere gegenwärtigen Bautechniken funktionieren hier nicht,

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

es ist zu groß, zu gefährlich, zu teuer oder es gibt zu viele Einzelteile.

And space is a great example of that.

Der Weltraum ist ein sehr gutes Beispiel hierfür.

We're trying to design new scenarios for space

Wir versuchen, neue Szenarien für den Weltraum zu entwickeln,

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

welche komplett neu konfigurierbare und selbstformende Strukturen haben

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

und welche sich von einem hochfunktionalen System zum nächsten verwandeln.

Let's go back to infrastructure.

Gehen wir zurück zur Infrastruktur.

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

Hier arbeiten wir mit einer Firma namens Geosyntec aus Boston zusammen.

And we're developing a new paradigm for piping.

Und wir entwickeln ein neues System für Rohrleitungen.

Imagine if water pipes could expand or contract

Angenommen, Wasserleitungen könnten sich ausdehnen oder zusammenziehen,

to change capacity or change flow rate,

um ihre Kapazität oder Durchflussrate zu ändern.

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

oder sogar wie eine Schlauchpumpe wogen, um das Wasser zu bewegen.

So this isn't expensive pumps or valves.

Also nicht mit teuren Pumpen oder Ventilen.

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

Dies ist ein komplett programmierbares und anpassungsfähiges Rohr.

So I want to remind you today

Daher möchte ich Sie heute

of the harsh realities of assembly in our world.

an die harten Realitäten der Montage in unserer Welt erinnern.

These are complex things built with complex parts

Es sind komplexe Gebilde, die aus komplexen Teilen gebaut

that come together in complex ways.

und auf komplexe Art zusammengesetzt werden.

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

Daher möchte ich Sie einladen – aus welcher Industrie Sie auch kommen –

to join us in reinventing and reimagining the world,

bei uns mitzumachen, wie wir die Welt neu erfinden,

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

wie wir Dinge zusammensetzen vom Nanobereich bis zum menschlichen Maßstab.

so that we can go from a world like this

sodass wir uns von so einer Welt

to a world that's more like this.

zu einer Welt entwickeln, die mehr wie diese ist.

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)