The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

スカイラー・ティビッツ: 世界を変える4Dプリンティング

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

翻訳: Tomoshige Ohno 校正: Yuko Yoshida

This is me building a prototype

これは私がプロトタイプを

for six hours straight.

6時間ぶっ続けで作っているところで

This is slave labor to my own project.

自分のプロジェクトのためとはいえ 奴隷労働です

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

DIYやメーカームーブメントは 現実にはこんな感じなんです

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

今日の建設・製造業も同様に

with brute-force assembly techniques.

労力のみに頼った 組み立てを行っています

And this is exactly why I started studying

私はこんな理由から 物理的な素材に

how to program physical materials to build themselves.

自己構築のプログラムを組み込む 研究を始めました

But there is another world.

しかし 別の世界もあります

Today at the micro- and nanoscales,

今日では マイクロやナノレベルで

there's an unprecedented revolution happening.

新たな革命が起きています

And this is the ability to program physical and biological materials

これは 物理的 生物的な素材を プログラムして

to change shape, change properties

素材自身に 形や特性を変えさせたり

and even compute outside of silicon-based matter.

従来の半導体を使わない 計算をさせるものです

There's even a software called cadnano

cadnanoというソフトウェアまで開発され

that allows us to design three-dimensional shapes

これを使えばナノロボットや 薬物送達システムのような

like nano robots or drug delivery systems

３次元の形をデザインし

and use DNA to self-assemble those functional structures.

DNAを用いて それらの機能性構造体を 自己組織化で組み立てられます

But if we look at the human scale,

しかし人間のスケールで見てみると

there's massive problems that aren't being addressed

ナノ技術では解決されていない

by those nanoscale technologies.

問題がたくさん存在します

If we look at construction and manufacturing,

建設や製造に目を向けると

there's major inefficiencies, energy consumption

とても非効率的で エネルギーを浪費しており

and excessive labor techniques.

労働技術も過度に要求されます

In infrastructure, let's just take one example.

インフラにおける例として 配管に注目してみましょう

Take piping.

インフラにおける例として 配管に注目してみましょう

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

水道管は 高価なポンプやバルブを除いては

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

流量は一定なので 送水能力も決まっています

We bury them in the ground.

それが地中に埋められています

If anything changes -- if the environment changes,

何かが変われば — 地面が動いたり

the ground moves, or demand changes --

環境や需要が変化すれば —

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

最初からやり直す必要があります 水道管を掘り起こして交換するのです

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

そこで私が提案したいのは ２つの世界を結合すること

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

つまりナノスケールの プログラム可能で適応性のある素材と

and the built environment.

周りの環境を結びつけるのです

And I don't mean automated machines.

単なる機械による自動化や

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

頭脳を持った機械が 人間の代わりに働くのとは違います

But I mean programmable materials that build themselves.

自己構築のため プログラムできる素材を使うのです

And that's called self-assembly,

これは自己組織化と言われ

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

壊れたパーツが 周囲との相互作用のみを通じて

through only local interaction.

きちんとした構造をつくりあげるプロセスです

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

では 人間のスケールでこれを行うためには 何が必要でしょうか？

We need a few simple ingredients.

数種類の簡単な材料が要ります

The first ingredient is materials and geometry,

１つ目は素材と形状ですが

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

エネルギー源とセットに なっている必要があります

And you can use passive energy --

熱､振動､空力､重力､磁力などの

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

環境から受け取れるエネルギーでも良いです

And then you need smartly designed interactions.

相互作用を厳密に設計する必要もあります

And those interactions allow for error correction,

それにより エラー訂正が できるようになったり

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

形状がある状態から別の状態へ 遷移できるようになります

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

私が行ったプロジェクトを いくつかご紹介しましょう

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

１次元 ２次元 ３次元

and even four-dimensional systems.

更には４次元のシステムもあります

So in one-dimensional systems --

１次元のシステムでは —

this is a project called the self-folding proteins.

自己折り畳みタンパク質という プロジェクトで

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

タンパク質の立体構造を 再現するというアイデアです

in this case it's the crambin protein --

ここではクラムビンという タンパク質を用いました —

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

主鎖を対象とし — そのため架橋結合や 周囲との相互作用はありません —

and you break that down into a series of components.

それを いくつかの部分に分け

And then we embed elastic.

中に伸縮素材を組み込みます

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

これを空中に投げ上げ キャッチすると

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

タンパク質のとても複雑な立体構造が 完全に再現されています

And this gives us a tangible model

これによりタンパク質の立体構造を

of the three-dimensional protein and how it folds

実体としてモデル化し 折りたたみの原理や

and all of the intricacies of the geometry.

幾何学的複雑性を理解することができます

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

つまりタンパク質を直感的な物理モデルとして 研究することができるのです

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

現在それを２次元の システムに拡張中です

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

平たいシートに自己折り畳みをさせ 立体構造をつくらせるのです

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

３次元に関しては 昨年TEDGlobalでお見せした

with Autodesk and Arthur Olson

Autodesk社と アーサー・オルソンと 共同で研究した

where we looked at autonomous parts --

自律的なパーツがあります

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

バラバラなパーツが 勝手にくっつくのです

And we built 500 of these glass beakers.

このようなガラスビーカーを 500個製作しました

They had different molecular structures inside

中にはそれぞれ異なる 分子構造が入っていて

and different colors that could be mixed and matched.

それぞれ色のものを 組み合わせる事ができます

And we gave them away to all the TEDsters.

これらをTEDsterの皆さんに 進呈しました

And so these became intuitive models

人間スケールでの分子自己組織化が

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

どのように行われるかを理解するための 直感的なモデルとなりました

This is the polio virus.

これはポリオウィルスです

You shake it hard and it breaks apart.

強く振るとバラバラになりますが

And then you shake it randomly

ランダムに振ると

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

エラーを訂正しながら 自動的に構造を形作り始めます

And this is demonstrating that through random energy,

これは不規則なエネルギーを与えることにより

we can build non-random shapes.

規則的な形を作れることを示しています

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

更には ずっと大きなスケールで それができることも示されました

Last year at TED Long Beach,

昨年のTED Long Beachで

we built an installation that builds installations.

私たちは展示品を作る展示品を作りました

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

家具スケールの物体を 自己組織化できるか試したわけです

So we built a large rotating chamber,

そこで私たちは 回転式の大きな立体をつくり

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

来る人に様々な速度で回してもらい

adding energy to the system

システムにエネルギーを与え

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

自己組織化がどう機能し

and how we could use this

マクロスケールの建築や

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

製品の製造技術として どう使えるか 直感的な理解が得られました

So remember, I said 4D.

私は先程４Dと言いましたね

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

新たなプロジェクトを 今日初めて公開します

which is a collaboration with Stratasys,

Stratasys社との共同プロジェクトで

and it's called 4D printing.

４Dプリンティングと言います

The idea behind 4D printing

４Dプリンティングの背景にあるアイデアは

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

複数の素材でつくられた３Dプリントに —

so you can deposit multiple materials --

つまり複数の素材を使えるということです —

and you add a new capability,

新たな能力を与えるというものです

which is transformation,

その能力とは変形能力であり

that right off the bed,

パーツが立ちどころに

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

自力で ある形から別の形に 直接変形できるようになるのです

And this is like robotics without wires or motors.

ワイヤーやモーターの無い ロボット工学のようなものです

So you completely print this part,

パーツをプリントしさえすれば

and it can transform into something else.

別のものに変形します

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

Autodesk社とも協力し Project Cyborgという ソフトウェアの開発も手がけました

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

これにより 自己組織化の挙動を シミュレートし

and try to optimize which parts are folding when.

どの部分がいつ折り畳まれるか 最適化する事が出来ます

But most importantly, we can use this same software

しかし最も重要なのは 単一のソフトウェアで

for the design of nanoscale self-assembly systems

ナノスケールでも ヒトスケールでも

and human scale self-assembly systems.

自己組織化システムを デザインすることができることです

These are parts being printed with multi-material properties.

このパーツは複数の素材で プリントされていますが

Here's the first demonstration.

１つ目のデモをお見せしましょう

A single strand dipped in water

このひも状のものを水に入れると

that completely self-folds on its own

これが勝手に折り畳まれ

into the letters M I T.

M I Tという文字になります

I'm biased.

バイアスがかった人間ですので

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

もうひとつ 大きなタンクに浸されたひも状の物体が

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

３次元構造である立方体に 自力で折り畳まれるところです

So no human interaction.

人間は全く介在していません

And we think this is the first time

プログラムや変形能力が

that a program and transformation

素材に直接搭載されるのは

has been embedded directly into the materials themselves.

おそらくこれが初めてでしょう

And it also might just be the manufacturing technique

また将来的には より適応性の高いインフラを

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

生産するための工業技術と なり得るかもしれません

So I know you're probably thinking,

きっとこう思いますよね

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

おぉ こりゃ良い でもこれをどう使えば 環境に適合させられるんだ？ と

So I've started a lab at MIT,

そこで私はMITで研究室を設立し

and it's called the Self-Assembly Lab.

自己組織化研究室と名付けました

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

人工環境向けの プログラム可能な 素材の開発をしています

for the built environment.

人工環境向けの プログラム可能な 素材の開発をしています

And we think there's a few key sectors

いくつかの重点領域では

that have fairly near-term applications.

近いうちに実用化できると思います

One of those is in extreme environments.

その中の１つは極限条件下での利用です

These are scenarios where it's difficult to build,

組み立てが困難な環境下では

our current construction techniques don't work,

現行の建設技術は役に立ちません

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

大き過ぎたり 危険過ぎたり 高価過ぎたり 部品が多過ぎたりするからです

And space is a great example of that.

宇宙が良い例です

We're trying to design new scenarios for space

私たちは 宇宙用に

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

環境に応じて機能システムを 変えることのできる

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

変形・自己組織化可能な構造を デザインしているところです

Let's go back to infrastructure.

インフラの話に戻りましょう

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

私たちはボストン郊外のGeosyntecという 企業と共同研究をしており

And we're developing a new paradigm for piping.

パイプ技術にパラダイムシフトを 起こそうとしています

Imagine if water pipes could expand or contract

水道管が容積や流率を 変更できるよう 伸縮可能だったり

to change capacity or change flow rate,

水自体を動かせるよう 蠕動(ぜんどう)のように うねりを起こせたらどうでしょう

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

水自体を動かせるよう 蠕動(ぜんどう)のように うねりを起こせたらどうでしょう

So this isn't expensive pumps or valves.

これは 高価なポンプやバルブではありません

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

プログラム可能かつ適応性のあるパイプです

So I want to remind you today

今日皆さんにお伝えしたいのは

of the harsh realities of assembly in our world.

私たちの世界では組み立て作業は 現実的には厳しいということです

These are complex things built with complex parts

複雑なものが 複雑なパーツから

that come together in complex ways.

複雑な方法でつくられています

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

そのため どのような産業の人であれ

to join us in reinventing and reimagining the world,

私たちと共に世界を再発明し すっかり変えてみませんか

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

ナノスケールからヒトスケールまで ものの作られ方が変わると

so that we can go from a world like this

このような世界から

to a world that's more like this.

このような世界へと昇華できるのです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)