The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

번역: WooHyang Seo 검토: Mike Park

This is me building a prototype

이것은 제가 6시간 내내

for six hours straight.

제 프로젝트의 시험 제작 원형을 만드는 모습입니다.

This is slave labor to my own project.

이건 제 자신의 프로젝트에 막일꾼같은 노동을 하는 것이죠.

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

이게 DIY나 개발자들이 실제로 하는 거랍니다.

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

그리고 이것이 오늘날의 건축계와 제조업계의 실상이죠.

with brute-force assembly techniques.

엄청난 조립 기술을 필요로 합니다.

And this is exactly why I started studying

이 때문에 저는 애초에 물질들이 자기 스스로

how to program physical materials to build themselves.

형태를 갖추도록 만드는 법을 연구하기 시작했습니다.

But there is another world.

완전히 다른 세계가 존재합니다.

Today at the micro- and nanoscales,

오늘날의 공학은 나노 단위로 입자들을 다루며

there's an unprecedented revolution happening.

전례없는 혁명을 이뤄내고 있습니다.

And this is the ability to program physical and biological materials

그리고 이게 바로 물질이나 생물이

to change shape, change properties

모양이나 성질을 바꾸도록 만들고

and even compute outside of silicon-based matter.

실리콘 기반 물질 밖에도 계산할 수 있게 하는 능력입니다.

There's even a software called cadnano

심지어 "카드나노"라는 소프트웨어도 있어요.

that allows us to design three-dimensional shapes

나노로봇이나 약 배달 시스템 등을

like nano robots or drug delivery systems

3D로 디자인하게 도와주고

and use DNA to self-assemble those functional structures.

DNA를 이용해서 그런 기능적 구조들을 자가 생산하게 해주죠.

But if we look at the human scale,

하지만 일상의 크기 수준에서 보면

there's massive problems that aren't being addressed

아직 나노 기술로는 해결할 수 없는

by those nanoscale technologies.

수많은 문제들이 있습니다.

If we look at construction and manufacturing,

건축과 생산 면만 보더라도

there's major inefficiencies, energy consumption

효율성이 높지도 않고, 에너지가 많이 드는데다

and excessive labor techniques.

엄청난 노동력이 요구됩니다.

In infrastructure, let's just take one example.

기반 시설 면에서 예를 하나만 들어 보자면,

Take piping.

파이프를 들어 보죠.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

파이프들은 일정한 양의 물만을

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

통과시킬 수 있습니다. 비싼 밸브나 펌프 등은 예외지만요.

We bury them in the ground.

우린 그것들을 땅에 묻고

If anything changes -- if the environment changes,

만일 환경이 바뀐다든가, 지반이 움직인다든가

the ground moves, or demand changes --

물의 수요가 바뀐다든가 하는 변화가 생기면

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

땅에서 파이프들을 일일히 들어내고 재설치해야 합니다.

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

그래서 저는 나노 크기에서 프로그램이 가능한

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

적응성 물질과 건축이라는 두 가지 세계를

and the built environment.

하나로 합쳐 보려고 합니다.

And I don't mean automated machines.

자동 기계 같은 것을 말하는 건 아닙니다.

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

단순히 인간을 대신할 만한 성능 좋은 기계 얘기를 하는 게 아니라

But I mean programmable materials that build themselves.

자기 스스로 구축될 수 있는 프로그램 가능한 물질을 말하는 겁니다.

And that's called self-assembly,

이것을 바로 자가 조립이라고 합니다.

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

무질서한 각 부분들이 부분적 상호 작용만을 통해

through only local interaction.

하나의 질서 정연한 구조를 만드는 것입니다.

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

이제, 우리가 이것을 일상의 크기에서 사용하려면 어떻게 해야 할까요?

We need a few simple ingredients.

일단 간단한 재료들이 좀 필요합니다.

The first ingredient is materials and geometry,

첫 번째는 에너지원과 밀접하게 관련된

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

물질들과 기하학입니다.

And you can use passive energy --

그리고 비활성 에너지도 필요하죠.

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

열, 흔드는 동력, 기력학, 중력, 자력

And then you need smartly designed interactions.

그리고 아주 세밀하게 계산된 상호 작용이 요구됩니다.

And those interactions allow for error correction,

이런 상호 작용은 오류들을 수정하도록 도와줍니다.

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

그리고 물질들의 모양이 바뀔 수 있도록 해 주죠.

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

이제 여러분께 저희가 한 프로젝트들을 몇 가지 보여 드리겠습니다.

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

1차원, 2차원, 3차원

and even four-dimensional systems.

심지어 4차원까지도요.

So in one-dimensional systems --

1차원에서는-

this is a project called the self-folding proteins.

이것은 스스로 접히는 단백질입니다.

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

기본 이론은 단백질의 3차원 구조를 따서

in this case it's the crambin protein --

-- 이 경우엔 크램빈 단백질을 사용했습니다 --

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

중추 부분을 떼내서 결합 부분이나 주위와의 상호 작용이 없도록 하고

and you break that down into a series of components.

작은 구성 요소들로 나누는 것입니다.

And then we embed elastic.

그리고 탄성을 띠게 한 후

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

공중으로 이렇게 던졌다가 다시 받으면

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

아주 세부적인 요소들까지 완벽한 단백질 구조가 됩니다.

And this gives us a tangible model

이것으로써 3차원 단백질 모형에 대한

of the three-dimensional protein and how it folds

사실적 정보와 그것이 어떻게 접히는지 등

and all of the intricacies of the geometry.

여러 가지 기하학적 복잡성을 해결해 줍니다.

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

그래서 이것을 물리적, 직관적 모델로 삼아 연구할 수 있습니다.

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

그리고 그것을 2차원으로 바꾸어

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

평평한 판이 스스로 3차원 구조로 접히게 할 수도 있습니다.

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

3차원의 경우, 작년에 저희는 TED글로벌에서 프로젝트를 하나 진행했습니다

with Autodesk and Arthur Olson

"오토데스크(Autodesk)"와 아더 올슨(Arthur Olson)과 함께

where we looked at autonomous parts --

저희는 독립적으로 기능하는 부분들을 연구하여

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

미리 연결되어있지 안은 각각의 부분들이 스스로 결합할 수 있도록 하여

And we built 500 of these glass beakers.

이런 유리 비커를 500개 만들었습니다.

They had different molecular structures inside

이것들은 내부에 서로 다른 분자적 구조를 갖고

and different colors that could be mixed and matched.

혼합될 수 있는 다양한 색깔들을 띱니다.

And we gave them away to all the TEDsters.

우리는 이것들을 모두 TED인들에게 나눠드렸습니다.

And so these became intuitive models

이를 통해 분자적 자기 결합이

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

일상적 크기에서 어떻게 가능한지 이해할 수 있는 직관적인 모형이 되었죠.

This is the polio virus.

이것은 소아마비 바이러스입니다.

You shake it hard and it breaks apart.

이것을 강하게 흔들면 부서집니다.

And then you shake it randomly

그리고 다시 이것을 아무렇게나 흔들면

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

저 스스로 연결되며 골격을 형성합니다.

And this is demonstrating that through random energy,

이로써 우리는 무작위적 에너지를 통해

we can build non-random shapes.

작위적인 모양을 만들 수 있다는 걸 알 수 있습니다.

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

그리고 우리는 이것을 훨씬 큰 스케일로도 할 수 있다는 걸 입증했습니다.

Last year at TED Long Beach,

작년에 TED롱비치에서

we built an installation that builds installations.

우리는 설비를 만드는 설비 장치를 만들었어요.

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

가구 크기의 물질을 자기 결합시킬 수 있을까 하는 것이 요점이었습니다.

So we built a large rotating chamber,

그래서 일단 커다란 회전 용기를 만들어서

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

사람들이 그것을 빠르든 느리든 마음껏 돌려볼 수 있도록 하고

adding energy to the system

용기에 에너지를 더해

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

자기 결합에 관한 직관적 이해를 할 수 있도록 했습니다.

and how we could use this

그러면 이것을 어떻게 하면

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

대규모 구조물이나 제품 생산에 적용할 수 있을까요.

So remember, I said 4D.

제가 4D라고 말했었죠?

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

오늘 저희는 처음으로 저희의 새 프로젝트를 공개하려고 합니다.

which is a collaboration with Stratasys,

이것은 "스트래타시스(Stratasys)"와의 합작품이고

and it's called 4D printing.

4D프린팅이라고 합니다.

The idea behind 4D printing

4D프린팅의 기본 개념은

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

다중적 3D프린팅을 통해

so you can deposit multiple materials --

복합적 물질을 만드는 것입니다. --

and you add a new capability,

그리고 거기에 새로운 기능을 추가하는 것이죠.

which is transformation,

이것은 변환입니다,

that right off the bed,

만들어내자마자

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

이 부분들은 한 모양에서 다른 모양으로 스스로 변환할 수 있습니다.

And this is like robotics without wires or motors.

전선이나 모터없는 로봇과 같죠.

So you completely print this part,

이 부분을 완전히 인쇄하면

and it can transform into something else.

다른 모양으로 자가 변환할 수 있습니다.

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

우리는 또 오토데스크와 합작하여 '프로젝트 사이보그'라는 소프트웨어를 만들었습니다.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

이 프로젝트를 통해 자기 결합 특성을 가속시키고

and try to optimize which parts are folding when.

어떤 부분이 언제 접힐지도 조절해 볼 수 있게 되었죠.

But most importantly, we can use this same software

하지만 가장 중요한 것은, 우리가 이것을 이용해

for the design of nanoscale self-assembly systems

분자 단위의 자기 결합 시스템과

and human scale self-assembly systems.

일상 크기 수준의 의 자기 결합 시스템을 설계할 수 있게 되었다는 점입니다.

These are parts being printed with multi-material properties.

이것들은 복합 물질 성질을 띠게 제작된 부품들입니다

Here's the first demonstration.

이것이 첫 번째 시범입니다.

A single strand dipped in water

한 가닥을 물에 담그는 것으로

that completely self-folds on its own

이것은 완전히 스스로

into the letters M I T.

MIT라는 글자로 접힙니다.

I'm biased.

제가 좀 편향적입니다.

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

이것은 다른 예인데, 이 가닥을 더 큰 물 통에 넣으면

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

3차원 구조인 정육면체으로 자기 변환합니다.

So no human interaction.

사람이 개입할 필요는 없습니다.

And we think this is the first time

저희는 이것이

that a program and transformation

프로그램과 변환 기능이

has been embedded directly into the materials themselves.

직접적으로 물질 그 자체에 심어진 첫 예라고 생각합니다.

And it also might just be the manufacturing technique

이것은 미래에 더욱 조정하기 쉽고 유연한

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

기반 시설을 만들게 해 줄 기술이 될 수도 있겠지요.

So I know you're probably thinking,

여러분은 아마 지금

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

'멋지긴 한데, 이걸 어떻게 환경 건설에 써먹는다는 거지?'라고 생각하시겠죠.

So I've started a lab at MIT,

저는 MIT에서 실험을 하나 시작했습니다.

and it's called the Self-Assembly Lab.

'자기 결합 실험'이라는 겁니다.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

이것은 환경 건설에 쓰이는

for the built environment.

프로그램이 가능한 자기 결합 물질을 만들기 위한 것입니다.

And we think there's a few key sectors

그리고 여기에는 몇 가지,

that have fairly near-term applications.

곧 응용이 가능한 분야들이 있습니다.

One of those is in extreme environments.

그 중 하나는 매우 극단적인 환경입니다.

These are scenarios where it's difficult to build,

세상엔 건물을 짓거나, 현재의 건축 기술이

our current construction techniques don't work,

통하지 않는 환경들이 있습니다.

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

너무 방대하고, 위험하고, 비용이 너무 많이 들고..등등

And space is a great example of that.

우주는 그런 아주 좋은 예이죠.

We're trying to design new scenarios for space

우리는 우주를 위한 특별 환경을 제작하려 합니다.

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

완벽한 가변성과 자기 결합성을 띠고

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

굉장히 효율적이며 변환 가능한 구조적 시스템으로요.

Let's go back to infrastructure.

기반 설비 얘기로 돌아가 볼까요?

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

우리는 "지오신텍(Geosyntec)"이라는 보스턴의 회사와 합작하고 있습니다.

And we're developing a new paradigm for piping.

파이프 기술에 새로운 패러다임을 도입하려고 하죠.

Imagine if water pipes could expand or contract

물의 양과 속도에 따라 자유롭게 늘어나거나 수축하는

to change capacity or change flow rate,

배수관을 생각해 보세요.

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

어쩌면 연동적으로 출렁이면서 물을 저절로 운반할지도 모르죠.

So this isn't expensive pumps or valves.

그렇게 되면 비싼 펌프나 밸브가 필요없게 될 겁니다.

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

그 자체로 완벽히 조정 가능하고 유연한 파이프입니다.

So I want to remind you today

오늘 저는 여러분들께

of the harsh realities of assembly in our world.

구조물 건설의 힘든 현실에 대해 알려드리고 싶습니다.

These are complex things built with complex parts

이런 것들은 복잡한 세부 요소들을 이용하여

that come together in complex ways.

복잡한 방식으로 결합된 복잡한 구조물입니다.

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

저는 여러분들을 기존 산업 방식으로부터 벗어나

to join us in reinventing and reimagining the world,

세상을 재건설하고 재창조하는 것으로,

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

나노 척도부터 일상적 크기까지 여러 요소들이 결합하는 세계로 초대하려 합니다.

so that we can go from a world like this

그러면 우리는 이런 세상에서

to a world that's more like this.

좀 더 이러한 세상으로 나아갈 수 있겠지요.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(환호)