The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Μετάφραση: Chryssa Takahashi Επιμέλεια: Vasiliki Fragkoulidou

This is me building a prototype

Εδώ με βλέπετε να δημιουργώ ένα πρότυπο

for six hours straight.

για έξι συνεχόμενες ώρες.

This is slave labor to my own project.

Έγινα σκλάβος στο ίδιο μου το έργο.

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

Έτσι μοιάζει στ' αλήθεια το κίνημα του «φτιάξ' το μόνος σου».

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

Κι αυτό είναι μια αναλογία ως προς το σημερινό κόσμο των κατασκευών

with brute-force assembly techniques.

με τεχνικές συναρμολόγησης που βασίζονται στη δύναμη.

And this is exactly why I started studying

Γι' αυτό ακριβώς άρχισα να μελετάω

how to program physical materials to build themselves.

τον προγραμματισμό φυσικών υλικών που χτίζουν τον εαυτό τους.

But there is another world.

Υπάρχει όμως ένας άλλος κόσμος.

Today at the micro- and nanoscales,

Σήμερα στις κλίμακες μίκρο και νάνο,

there's an unprecedented revolution happening.

συμβαίνει μια πρωτοφανής επανάσταση.

And this is the ability to program physical and biological materials

Πρόκειται για την ικανότητα να προγραμματίζουμε φυσικά και βιολογικά υλικά

to change shape, change properties

να αλλάζουν σχήμα, να αλλάζουν ιδιότητες

and even compute outside of silicon-based matter.

ακόμα και να υπολογίζουν εκτός της ύλης πυριτίου.

There's even a software called cadnano

Υπάρχει ένα λογισμικό που ονομάζεται cadnano

that allows us to design three-dimensional shapes

που μας επιτρέπει να σχεδιάζουμε τρισδιάστατα σχήματα

like nano robots or drug delivery systems

όπως τα νανορομπότ ή τα συστήματα διανομής φαρμάκων

and use DNA to self-assemble those functional structures.

και να χρησιμοποιούμε το DNA για να αυτο-συναρμολογήσουμε αυτές τις λειτουργικές δομές.

But if we look at the human scale,

Αλλά, αν το δούμε σε ανθρώπινη κλίμακα,

there's massive problems that aren't being addressed

υπάρχουν σημαντικά προβλήματα που δεν αντιμετωπίζονται

by those nanoscale technologies.

από τις τεχνολογίες νανοκλίμακας.

If we look at construction and manufacturing,

Αν δούμε τις κατασκευές και την μεταποίηση,

there's major inefficiencies, energy consumption

υπάρχει σημαντική ανεπάρκεια, κατανάλωση ενέργειας

and excessive labor techniques.

και υπερβολική χρήση ανθρώπινης εργασίας.

In infrastructure, let's just take one example.

Στις κατασκευές, ας δούμε μόνο ένα παράδειγμα.

Take piping.

Πάρτε τις σωληνώσεις.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

Στις σωληνώσεις νερού, έχουμε σωλήνες συγκεκριμένης χωρητικότητας

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

με συγκεκριμένη επιτρεπόμενη ροή, εκτός από ακριβές αντλίες και βαλβίδες.

We bury them in the ground.

Τις θάβουμε στο έδαφος.

If anything changes -- if the environment changes,

Αν κάτι αλλάξει - αν αλλάξει το περιβάλλον,

the ground moves, or demand changes --

μετακινηθεί το έδαφος ή αλλάξουν οι απαιτήσεις -

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

πρέπει να ξεκινήσουμε από την αρχή, να τις βγάλουμε και να τις αντικαταστήσουμε.

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

Θα ήθελα λοιπόν να προτείνω τον συνδυασμό αυτών των δύο κόσμων,

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

το να συνδυάσουμε τον κόσμο των προσαρμοστικών προγραμματίσιμων υλικών νανοκλίμακας

and the built environment.

με το περιβάλλον των κατασκευών.

And I don't mean automated machines.

Και δεν εννοώ τις αυτοματοποιημένες μηχανές.

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

Δεν εννοώ απλά τις έξυπνες μηχανές που θα αντικαταστήσουν τους ανθρώπους.

But I mean programmable materials that build themselves.

Αλλά προγραμματίσιμα υλικά που χτίζονται μόνα τους.

And that's called self-assembly,

Αυτό αποκαλείται αυτο-συναρμολόγηση

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

και είναι η διαδικασία κατά την οποία διασκορπισμένα τμήματα χτίζουν μια δομημένη κατασκευή

through only local interaction.

μόνο με τοπική αλληλεπίδραση.

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

Τι χρειαζόμαστε λοιπόν για να το κάνουμε αυτό σε ανθρώπινη κλίμακα;

We need a few simple ingredients.

Χρειαζόμαστε μερικά απλά συστατικά.

The first ingredient is materials and geometry,

Το πρώτο συστατικό είναι υλικά και γεωμετρία

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

και αυτά πρέπει να συνδυαστούν σωστά με την πηγή ενέργειας.

And you can use passive energy --

Και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε παθητική ενέργεια --

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

όπως θερμότητα, ανάδευση, πεπιεσμένο αέρα, βαρύτητα, μαγνητισμό.

And then you need smartly designed interactions.

Και μετά χρειαζόμαστε έξυπνα σχεδιασμένες διασυνδέσεις.

And those interactions allow for error correction,

Οι οποίες να επιτρέπουν τη διόρθωση λαθών

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

και να επιτρέπουν στα σχήματα να μεταβούν από μία κατάσταση σε μία άλλη.

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

Θα σας δείξω τώρα μια σειρά από έργα που φτιάξαμε,

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

σε συστήματα μιας διάστασης, δύο διαστάσεων, τριών διαστάσεων

and even four-dimensional systems.

ακόμη και τεσσάρων διαστάσεων.

So in one-dimensional systems --

Στα συστήματα μιας διάστασης --

this is a project called the self-folding proteins.

αυτό είναι ένα έργο που λέγεται αυτο-αναδιπλούμενες πρωτεΐνες.

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

Η ιδέα είναι πως παίρνουμε την τρισδιάστατη δομή μιας πρωτεΐνης

in this case it's the crambin protein --

-- στην περίπτωσή μας είναι η πρωτεΐνη κραμβίνη --

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

παίρνουμε τον κορμό -- χωρίς ενδιάμεσες συνδέσεις, χωρίς αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον --

and you break that down into a series of components.

και την τεμαχίζουμε σε μια σειρά από συστατικά.

And then we embed elastic.

Μετά ενσωματώνουμε ελαστικότητα.

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

Και όταν το πετάξω στον αέρα και το πιάσω,

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

έχει την πλήρη τρισδιάστατη δομής της πρωτεΐνης, με όλες τις της αναδιπλώσεις.

And this gives us a tangible model

Αυτό μας δίνει ένα απτό μοντέλο

of the three-dimensional protein and how it folds

αυτής της τρισδιάστατης πρωτεΐνης και του πώς διπλώνει

and all of the intricacies of the geometry.

καθώς και όλες τις αναδιπλώσεις στη γεωμετρία της.

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

Μπορούμε λοιπόν να το μελετήσουμε διαισθητικά σαν ένα φυσικό μοντέλο.

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

Κι επίσης το μεταφράζουμε σε ένα δισδιάστατο σύστημα --

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

έτσι ώστε επίπεδες επιφάνειες να μπορούν να διπλωθούν μόνες τους σε τρισδιάστατες δομές.

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

Στις τρεις διαστάσεις, κάναμε ένα έργο πέρσι στο TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

με την Autodesk και τον Άρθουρ Όλσον

where we looked at autonomous parts --

όπου είδαμε αυτόνομα εξαρτήματα --

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

ανεξάρτητα αντικείμενα που δεν είχαν κάποια σύνδεση, να συνθέτονται μόνα τους.

And we built 500 of these glass beakers.

Φτιάξαμε 500 τέτοια ποτήρια ζέσεως.

They had different molecular structures inside

Είχαν μέσα τους διαφορετικές μοριακές δομές

and different colors that could be mixed and matched.

και διαφορετικά χρώματα που μπορούσαν να αναμειχθούν και να συνδυαστούν.

And we gave them away to all the TEDsters.

Και τα δώσαμε στους TEDsters.

And so these became intuitive models

Κι έτσι έγιναν διαισθητικά μοντέλα

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

για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί η αυτο-συναρμολόγηση των μορίων σε ανθρώπινη κλίμακα.

This is the polio virus.

Αυτός είναι ο ιός της πολιομυελίτιδας.

You shake it hard and it breaks apart.

Το κουνάτε δυνατά και σπάει σε κομμάτια.

And then you shake it randomly

Και μετά το κουνάτε τυχαία

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

και αρχίζει να αυτο-διορθώνεται και να χτίζει μόνο του τη δομή του.

And this is demonstrating that through random energy,

Αυτό μας δείχνει ότι μέσω τυχαίας ενέργειας,

we can build non-random shapes.

μπορούμε να φτιάξουμε μη-τυχαία σχήματα.

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

Δείξαμε επίσης πως αυτό μπορεί να γίνει και σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα.

Last year at TED Long Beach,

Πέρυσι στο TED Long Beach,

we built an installation that builds installations.

χτίσαμε μια εγκατάσταση που χτίζει εγκαταστάσεις.

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

Η ιδέα ήταν να μπορέσουμε να αυτο-συναρμολογήσουμε αντικείμενα μεγέθους επίπλων.

So we built a large rotating chamber,

Φτιάξαμε λοιπόν έναν μεγάλο περιστρεφόμενο θάλαμο

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

και ο κόσμος ερχόταν και περιέστρεφε τον θάλαμο, πιο γρήγορα ή πιο αργά,

adding energy to the system

προσθέτοντας ενέργεια στο σύστημα

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

και κατανοώντας διαισθητικά πώς λειτουργεί η αυτο-συναρμολόγηση

and how we could use this

και πώς μπορούμε να την αξιοποιήσουμε

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

ως μακροκλιματική κατασκευή ή τεχνική μεταποίησης για προϊόντα.

So remember, I said 4D.

Θυμηθείτε, είπα τετραδιάστατο.

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

Σήμερα για πρώτη φορά σας αποκαλύπτουμε ένα νέο έργο,

which is a collaboration with Stratasys,

που είναι μία συνεργασία με την Stratasys,

and it's called 4D printing.

και λέγεται τετραδιάστατη εκτύπωση.

The idea behind 4D printing

Η ιδέα πίσω από την τετραδιάστατη εκτύπωση

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

είναι να πάρουμε την τρισδιάστατη εκτύπωση πολλαπλών υλικών --

so you can deposit multiple materials --

μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πολλαπλά υλικά --

and you add a new capability,

και να προσθέσουμε μια νέα δυνατότητα,

which is transformation,

αυτή του μετασχηματισμού,

that right off the bed,

να μπορούν δηλαδή απευθείας,

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

τα κομμάτια να μετασχηματίζονται από ένα σχήμα σε άλλο από μόνα τους.

And this is like robotics without wires or motors.

Κάτι δηλαδή σαν την ρομποτική χωρίς καλώδια ή ηλεκτροκινητήρες.

So you completely print this part,

Εκτυπώνουμε πλήρως αυτό το τμήμα

and it can transform into something else.

και αυτό μπορεί να μετασχηματιστεί σε κάτι άλλο.

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

Εργαστήκαμε με την Autodesk σε ένα λογισμικό που αναπτύσσουν με το όνομα Project Cyborg.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

Αυτό μας επιτρέπει να εξομοιώσουμε τη συμπεριφορά αυτο-συναρμολόγησης

and try to optimize which parts are folding when.

και να βελτιστοποιήσουμε ποια τμήματα διπλώνουν πότε.

But most importantly, we can use this same software

Αλλά το πιο σημαντικό είναι πως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το ίδιο λογισμικό

for the design of nanoscale self-assembly systems

στον σχεδιασμό αυτο-συναρμολογούμενων συστημάτων νανοκλίμακας

and human scale self-assembly systems.

και αυτο-συναρμολογούμενων συστημάτων ανθρώπινης κλίμακας.

These are parts being printed with multi-material properties.

Εδώ βλέπετε τμήματα που εκτυπώνονται με πολλαπλές υλικές ιδιότητες.

Here's the first demonstration.

Βλέπετε την πρώτη επίδειξη.

A single strand dipped in water

Ένα ενιαίο νήμα, βυθισμένο στο νερό

that completely self-folds on its own

που αυτο-διπλώνεται πλήρως από μόνο του

into the letters M I T.

σχηματίζοντας τα γράμματα M I T.

I'm biased.

Είμαι προκατειλημμένος.

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

Εδώ ένα άλλο τμήμα, ενιαίο νήμα, βυθισμένο σε μία μεγαλύτερη δεξαμενή

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

που αυτο-διπλώνεται σε σχήμα κύβου, ένα τρισδιάστατο σχήμα, από μόνο του.

So no human interaction.

Χωρίς ανθρώπινη αλληλεπίδραση.

And we think this is the first time

Και πιστεύουμε πως είναι η πρώτη φορά

that a program and transformation

που ο προγραμματισμός και ο μετασχηματισμός

has been embedded directly into the materials themselves.

έχει ενσωματωθεί απευθείας στα ίδια τα υλικά.

And it also might just be the manufacturing technique

Και ίσως να είναι μόνο η τεχνική κατασκευής τους

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

που μας επιτρέπει να παράγουμε πιο προσαρμοστικές υποδομές στο μέλλον.

So I know you're probably thinking,

Ξέρω ότι πιθανότατα σκέφτεστε,

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

ωραία αυτά, αλλά πώς τα χρησιμοποιούμε σε κατασκευαστικό περιβάλλον;

So I've started a lab at MIT,

Ξεκίνησα ένα εργαστήριο στο MIT,

and it's called the Self-Assembly Lab.

που λέγεται το Εργαστήριο Αυτο-Συναρμολόγησης.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Και είμαστε αφοσιωμένοι στην προσπάθεια ανάπτυξης προγραμματίσιμων υλικών

for the built environment.

για το κατασκευαστικό περιβάλλον.

And we think there's a few key sectors

Πιστεύουμε πως υπάρχουν κάποιοι βασικοί τομείς

that have fairly near-term applications.

που έχουν αρκετά βραχυπρόθεσμες εφαρμογές.

One of those is in extreme environments.

Ένας από αυτούς είναι τα ακραία περιβάλλοντα.

These are scenarios where it's difficult to build,

Αυτά είναι σενάρια στα οποία είναι δύσκολο να χτίσουμε,

our current construction techniques don't work,

οι υπάρχουσες τεχνικές κατασκευών δεν λειτουργούν,

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

είναι πολύ μεγάλα, είναι πολύ επικίνδυνα, πολύ ακριβά, πάρα πολλών τμημάτων.

And space is a great example of that.

Το διάστημα είναι ένα τέτοιο εξαιρετικό παράδειγμα.

We're trying to design new scenarios for space

Προσπαθούμε να σχεδιάσουμε νέα σενάρια για το διάστημα

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

που να έχουν πλήρως παραμετροποιήσιμες και αυτο-συναρμολογούμενες δομές

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

που να μπορούν να μετατρέπονται από ένα υψηλά λειτουργικό σύστημα σε ένα άλλο.

Let's go back to infrastructure.

Πάμε πίσω στην υποδομή.

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

Στην υποδομή, εργαζόμαστε με μία εταιρία στην Βοστόνη που λέγεται Geosyntec.

And we're developing a new paradigm for piping.

Και αναπτύσσουμε ένα νέο υπόδειγμα σωληνώσεων.

Imagine if water pipes could expand or contract

Φανταστείτε τους σωλήνες νερού να μπορούν να διαστέλλονται ή να συστέλλονται

to change capacity or change flow rate,

ώστε να αλλάζουν χωρητικότητα ή ρυθμό ροής

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

ή ακόμη να πάλλονται κυματιστά ώστε να μετακινούν οι ίδιοι το νερό μέσα τους.

So this isn't expensive pumps or valves.

Δεν πρόκειται για ακριβές αντλίες ή βαλβίδες.

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

Είναι απόλυτα προγραμματιζόμενοι και προσαρμοστικοί σωλήνες από μόνοι τους.

So I want to remind you today

Θα ήθελα να σας θυμίσω σήμερα

of the harsh realities of assembly in our world.

την σκληρή πραγματικότητα της συναρμολόγησης στον κόσμο μας.

These are complex things built with complex parts

Πολύπλοκα πράγματα φτιάχνονται από πολύπλοκα τμήματα

that come together in complex ways.

που συνδέονται με πολύπλοκους τρόπους.

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

Θα ήθελα να σας προσκαλέσω, από όποιο κλάδο κι αν προέρχεστε,

to join us in reinventing and reimagining the world,

να έρθετε να ανακαλύψουμε και να φανταστούμε τον κόσμο ξανά,

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

πώς τα πράγματα από την νανο-κλίμακα μπορούν να έρθουν στην ανθρώπινη κλίμακα,

so that we can go from a world like this

ώστε να μπορέσουμε από έναν κόσμο τέτοιο

to a world that's more like this.

να μεταβούμε σε έναν κόσμο τέτοιο.

Thank you.

Ευχαριστώ.

(Applause)

(Χειροκρότημα)