The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

מתרגם: benyamin zinshtein מבקר: Ido Dekkers

This is me building a prototype

כאן אני בונה אבטיפוס

for six hours straight.

במשך 6 שעות רצופות.

This is slave labor to my own project.

זו העבודה השחורה של המיזם האישי שלי.

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

כך באמת נראית תנועת העשה-זאת-בעצמך והיוצרים.

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

וזה מקביל לעולם הבניה והייצור של ימינו

with brute-force assembly techniques.

בטכניקות הרכבה של כוח גס.

And this is exactly why I started studying

וזו בדיוק הסיבה מדוע התחלתי ללמוד

how to program physical materials to build themselves.

איך לתכנת חומרים פיזיים כך שיבנו את עצמם.

But there is another world.

אבל קיים עולם נוסף.

Today at the micro- and nanoscales,

היום, ברמות המיקרו והנאנו,

there's an unprecedented revolution happening.

מתרחשת מהפכה חסרת-תקדים.

And this is the ability to program physical and biological materials

והיא היכולת לתכנת חומרים פיזיים וביולוגיים

to change shape, change properties

לשנות צורה, לשנות תכונות,

and even compute outside of silicon-based matter.

ואפילו לבצע חישובים בחומרים שאינם מבוססי-סיליקון.

There's even a software called cadnano

יש אפילו תוכנה בשם "קאד-נאנו"

that allows us to design three-dimensional shapes

שמאפשרת לנו לעצב צורות תלת-מימדיות

like nano robots or drug delivery systems

כמו רובוטי נאנו או מערכות להחדרת תרופות

and use DNA to self-assemble those functional structures.

ולהשתמש בדנ"א כדי להרכיב עצמאית מבנים פונקציונאליים אלה.

But if we look at the human scale,

אבל אם אנו מסתכלים על קנה המידה האנושי,

there's massive problems that aren't being addressed

על הבעיות העצומות האלה שלא זוכות לטיפול

by those nanoscale technologies.

מצד אותן טכנולוגיות נאנו,

If we look at construction and manufacturing,

אם אנו מסתכלים על בניה וייצור,

there's major inefficiencies, energy consumption

יש חוסר יעילות גדולה, צריכת אנרגיה

and excessive labor techniques.

וטכניקות עבודה מיותרות.

In infrastructure, let's just take one example.

בנוגע לתשתית, הבה ניקח רק דוגמה אחת.

Take piping.

צנרת, למשל.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

בצנרת מים יש לנו צינורות מים בעלי ספיקה קבועה

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

וקצב זרימה קבוע, פרט למשאבות ושסתומים יקרים.

We bury them in the ground.

אנו קוברים אותם באדמה.

If anything changes -- if the environment changes,

אם משהו משתנה-- אם הסביבה משתנה,

the ground moves, or demand changes --

האדמה רועדת, או שנדרשים שינויים--

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

עלינו להתחיל מהתחלה, ולהוציא ולהחליף אותם.

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

ההצעה שלי היא לשלב בין שני העולומת האלה.

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

לשלב בין עולם חומרי הנאנו ברי התכנות והסתגלניים

and the built environment.

לבין הסביבה הבנויה.

And I don't mean automated machines.

ואני לא מתכוון למיכון אוטומטי.

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

ולא רק למכונות חכמות שמחליפות בני-אדם.

But I mean programmable materials that build themselves.

אלא לחומרים ניתנים לתכנות שבונים את עצמם.

And that's called self-assembly,

וזה קרוי "הרכבה עצמית",

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

תהליך שבו חלקים לא מסודרים בונים מבנה מסודר

through only local interaction.

באמצעות אינטראקציה מקומית בלבד.

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

אז מה נחוץ לנו אם אנו רוצים לעשות זאת בקנה-מידה אנושי?

We need a few simple ingredients.

אנו זקוקים לכמה מרכיבים פשוטים.

The first ingredient is materials and geometry,

המרכיב הראשון הוא חומרים וגיאומטריה.

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

וזה צריך לבוא בצמוד למקור אנרגיה.

And you can use passive energy --

אפשר להשתמש באנרגיה סבילה--

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

חום, טלטול, לחץ אוויר, כבידה, מגנטיות.

And then you need smartly designed interactions.

ואז נחוצות אינטראקציות מתוכננות בחוכמה.

And those interactions allow for error correction,

והאינטראקציות האלה מאפשרות תיקון שגיאות,

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

וכן מאפשרות לצורות לעבור ממצב למצב.

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

כעת אראה לכם מספר מיזמים שבנינו,

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

של מערכות חד-מימדיות, דו-מימדיות, תלת-מימדיות

and even four-dimensional systems.

ואפילו מערכות ארבע-מימדיות.

So in one-dimensional systems --

אז במערכות חד-מימדיות--

this is a project called the self-folding proteins.

זהו מיזם הקרוי "חלבונים מתקפלים מעצמם".

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

הרעעיון הוא לקחת את המבנה התלת-מימדי של חלבון--

in this case it's the crambin protein --

במקרה הזה, זהו חלבון הקרבמין--

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

לוקחים את השדרה-- כלומר ללא קישור צולב, ללא אינטראקציות סביבתיות--

and you break that down into a series of components.

ומפרקים אותה לסדרת רכיבים.

And then we embed elastic.

ומטמיעים בה אלסטיות.

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

אז כשאני משליך אותו באוויר ותופס,

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

יש לו את כל המבנה התלת-מימדי של החלבון, על כל מורכבויותיו.

And this gives us a tangible model

וזה נותן לנו מודל מוחשי

of the three-dimensional protein and how it folds

של חלבון תלת-מימדי וכיצד הוא מתקפל

and all of the intricacies of the geometry.

עם כל המורכבויות של הנדסת המרחב.

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

אז אנו יכולים לחקור זאת כמודל פיזי, אינטואיטיבי.

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

ואנו גם יכולים לתרגם זאת למערכות דו-מימדיות--

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

גליונות שטוחים שיכולים להתקפל מעצמם למבנים תלת-מימדיים.

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

בתחום התלת-מימד, עשינו בשנה שעברה מיזם ב-TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

יחד עם "אוטודסק" וארתור אולסון

where we looked at autonomous parts --

שבו התייחסנו לחלקים העצמאיים--

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

חלקים נפרדים שלא חוברו מראש שיכולים להתחבר ביניהם מעצמם.

And we built 500 of these glass beakers.

ובנינו 500 ממבחנות הזכוכית האלה.

They had different molecular structures inside

היו להם בפנים מבנים מולקולריים שונים

and different colors that could be mixed and matched.

וצבעים שונים שאפשר היה לערבב ולהתאים.

And we gave them away to all the TEDsters.

ומסרנו אותם לכל חברי TED,

And so these became intuitive models

והם הפכו למודלים אינטואיטיביים

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

כדי להבין איך הרכבה עצמית מולקולרית פעולת בקנה-מידה אנושי.

This is the polio virus.

זהו נגיף הפוליו.

You shake it hard and it breaks apart.

מנערים אותו חזק והוא מתפרק.

And then you shake it randomly

ואז מנערים אותו באופן אקראי

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

והוא מתחיל לבצע תיקון שגיאות ולבנות בעצמו את המבנה.

And this is demonstrating that through random energy,

וזה מוכיח שבאמצעות אנרגיה אקראית,

we can build non-random shapes.

ניתן לבנות צורות לא-אקראיות.

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

הראינו גם שאנו יכולים לעשות זאת בקנה-מידה גדול בהרבה.

Last year at TED Long Beach,

בשנה שעברה, בכנס TED בלונג ביץ',

we built an installation that builds installations.

בנינו מתקן שבונה מתקנים.

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

הרעיון היה, האם נוכל לגרום לעצמים בגודל רהיטים להתרכב מעצמם?

So we built a large rotating chamber,

אז בנינו תא מסתובב גדול,

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

ואנשים ניגשו וסובבו את התא מהר או לאט יותר,

adding energy to the system

בעודם מוסיפים אנרגיה למערכת

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

ומבינים אינטואיטיבית איך הרכבה עצמית עובדת

and how we could use this

ואיך אנחנו יכולים להשתמש בזה

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

ברמת המאקרו לייצור ובניית מוצרים

So remember, I said 4D.

זוכרים?, אמרתי 4-מימדים

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

אז היום בפעם הראשונה אנחנו חושפים פרויקט חדש

which is a collaboration with Stratasys,

שהוא שיתוף פעולה עם סטראטסיס

and it's called 4D printing.

והוא נקרא הדפסה 4-מימדית.

The idea behind 4D printing

הרעיון מאחורי הדפסה 4-מימדית

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

הוא שאתה לוקח הדפסה תלת מימדית עם כמה חומרים

so you can deposit multiple materials --

כלומר אתם יכולים להשתמש במגוון חומרים

and you add a new capability,

ואתם מוסיפים תכונה נוספת

which is transformation,

שהיא שינוי-צורה,

that right off the bed,

כלומר ישר מההתחלה,

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

החלקים יכולים לשנות מצורה אחת לשניה בעצמם.

And this is like robotics without wires or motors.

וזה כמו רובוטיקה בלי חוטים ומנועים.

So you completely print this part,

אז אתם יכולים להדפיס את החלק,

and it can transform into something else.

והוא יכול להפוך למשהו אחר.

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

אנחנו גם עובדים עם אוטו-דסק על תוכנה שהם מפתחים שנקראת "פרויקט סייבורג"

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

וזה מאפשר לנו לדמות התנהגות הרכבה עצמית

and try to optimize which parts are folding when.

ולנסות לייעל אילו חלקים מתקפלים מתי.

But most importantly, we can use this same software

יותר חשוב מכך, אנחנו יכולים להשתמש באותה תוכנה

for the design of nanoscale self-assembly systems

על מנת לתכנן מערכות הרכבה-עצמית ברמת הנאנו

and human scale self-assembly systems.

ומערכות הרכבה-עצמית בסדר גודל אנושי.

These are parts being printed with multi-material properties.

אלה חלקים שמודפסים עם תכונות חומרים רבות.

Here's the first demonstration.

הנה ההדגמה הראשונה.

A single strand dipped in water

חוט בודד נטבל במים

that completely self-folds on its own

מתקפל לגמרי לבדו

into the letters M I T.

לאותיות M I T

I'm biased.

אני משוחד.

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

זהו חלק נוסף, חוט בודד, נטבל במיכל גדול יותר

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

שמתקפל בעצמו לקוביה, מבנה תלת מימדי, לבדו.

So no human interaction.

בלי התערבות אדם.

And we think this is the first time

ואנחנו חושבים שזוהי הפעם הראשונה

that a program and transformation

שתוכנה ושינוי צורה

has been embedded directly into the materials themselves.

הוטמעו ישירות לתוך החומרים עצמם.

And it also might just be the manufacturing technique

וזה יכול להיות בדיוק שיטת הייצור

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

שתאפשר לנו לייצר תשתית מסתגלת יותר בעתיד

So I know you're probably thinking,

אז אני יודע שאתם בוודאי חושבים,

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

אוקיי, זה מגניב, אבל איך אנחנו משתמשים במשהו מזה לסביבה הבנויה?

So I've started a lab at MIT,

אז הקמתי מעבדה בMIT,

and it's called the Self-Assembly Lab.

והיא נקראית מעבדת להרכבה-עצמית.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

ואנחנו מקדישים את עצמנו בניסיון לפתח חומרים ניתנים לתכנות

for the built environment.

לסביבה הבנויה.

And we think there's a few key sectors

ואנחנו חושבים שיש כמה תחומי מפתח

that have fairly near-term applications.

שיש להם יישומים יחסית לטווח הקרוב.

One of those is in extreme environments.

אחד מאלה הוא בסביבות קיצוניות.

These are scenarios where it's difficult to build,

אלה תרחישים בהם קשה לבנות,

our current construction techniques don't work,

טכניקות הבנייה הנוכחיות שלנו לא עובדות,

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

זה גדול מדי, מסוכן מדי, יקר מדי ויותר מדי חלקים.

And space is a great example of that.

והחלל הוא דוגמא מצויינת לכך.

We're trying to design new scenarios for space

אנחנו מנסים לבנות תרחישים חדשים לחלל

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

שיש להם מבנים שמורכבים-עצמית ובעלי יכולת להשתנות

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

שיכולים לעבור בין מבנים בעלי פונקציונליות גבוהה.

Let's go back to infrastructure.

בואו נחזור לתשתית.

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

בתשתיות, אנחנו עובדים עם חברה בבוסטון שנקראית גיאוסינטק.

And we're developing a new paradigm for piping.

ואנחנו מפתחים מודל חדש לצנרת.

Imagine if water pipes could expand or contract

דמיינו אם הצינורות היו יכולים להתרחב או להתכווץ

to change capacity or change flow rate,

על מנת לשנות את הקיבול או הספיקה

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

או אולי אפילו לבצע תנועה גלית על מנת להזיז את המים בעצמם.

So this isn't expensive pumps or valves.

אז זה לא משאבות ושסתומים יקרים.

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

זה צינור מתוכנת ומסתגל לגמרי לבדו.

So I want to remind you today

אז אני רוצה להזכיר לכם היום

of the harsh realities of assembly in our world.

על המציאות הקשה של הרכבה של ימינו

These are complex things built with complex parts

אלה חלקים מסובכים שנבנים ע"י חלקים מורכבים

that come together in complex ways.

ומתחברים בצורה מסובכת אחד לשני.

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

אז אני רוצה להזמין אתכם, מאיזה תעשייה שאתם באים,

to join us in reinventing and reimagining the world,

להצטרף אלינו להמציא מחדש ולדמיין מחדש את העולם,

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

איך דברים מתחברים מרמת הנאנו לקנה מידה אנושי

so that we can go from a world like this

כך שנוכל להתקדם מעולם שנראה כך

to a world that's more like this.

לעולם שנראה יותר כך.

Thank you.

תודה רבה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)