The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Vertaald door: Heleen van Maanen Nagekeken door: Els De Keyser

This is me building a prototype

Hier bouw ik een prototype

for six hours straight.

6 uur achter elkaar.

This is slave labor to my own project.

Slavenarbeid voor mijn eigen project.

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

Zo zien doe-het-zelvers er echt uit.

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

Dit is een analogie voor de bouw- en de maakindustrie

with brute-force assembly techniques.

met hun brute-kracht-montagetechnieken.

And this is exactly why I started studying

Dit is precies waarom ik wilde leren hoe je

how to program physical materials to build themselves.

fysieke materialen kunt programmeren zodat ze zichzelf bouwen.

But there is another world.

Maar dat is een andere wereld.

Today at the micro- and nanoscales,

Op het gebied van micro- en nanotechnologie

there's an unprecedented revolution happening.

is een revolutie zonder voorgaande aan de gang.

And this is the ability to program physical and biological materials

We kunnen fysieke en biologische materialen programmeren

to change shape, change properties

om van vorm of eigenschap te veranderen

and even compute outside of silicon-based matter.

en zelfs te berekenen buiten silicium om.

There's even a software called cadnano

Er is zelfs software, cadnano,

that allows us to design three-dimensional shapes

waarmee je 3D-vormen kunt ontwerpen

like nano robots or drug delivery systems

zoals nano-robots of een systeem om medicijnen toe te dienen

and use DNA to self-assemble those functional structures.

en dat DNA gebruikt om deze structuren zelf in elkaar te zetten.

But if we look at the human scale,

Kijken we op een menselijke schaal,

there's massive problems that aren't being addressed

dan zijn er veel problemen

by those nanoscale technologies.

waarvoor deze nanotechnologie niet helpt.

If we look at construction and manufacturing,

Als we naar de bouw- en maakindustrie kijken,

there's major inefficiencies, energy consumption

dan is het erg inefficiënt, gebruikt het veel energie

and excessive labor techniques.

en buitensporig veel mensenwerk.

In infrastructure, let's just take one example.

Neem een voorbeeld uit de infrastructuur.

Take piping.

Zoals leidingwerk.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

Waterleidingen hebben een vaste capaciteit,

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

met een vaste stroomsnelheid die we, op de dure pompen en afsluiters na,

We bury them in the ground.

in de grond begraven.

If anything changes -- if the environment changes,

Als er iets verandert -- de omgeving,

the ground moves, or demand changes --

als de grond beweegt, of er aanpassingen nodig zijn

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

dan moeten we opnieuw beginnen, het leidingwerk eruit halen en vervangen,

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

Ik wil voorstellen om deze werelden te combineren

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

de wereld van programmeerbare adaptieve materialen op nanoniveau

and the built environment.

en de gebouwde wereld.

And I don't mean automated machines.

Ik heb het niet over geautomatiseerde machines.

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

Ik bedoel niet slimme machines die mensen vervangen.

But I mean programmable materials that build themselves.

Ik heb het over programmeerbare materialen die zichzelf bouwen.

And that's called self-assembly,

Dat heet zelfassemblage,

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

waarin delen zelf een geordende structuur bouwen

through only local interaction.

alleen door onderlinge interactie.

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

Wat is er nodig om dit op menselijke schaal te doen?

We need a few simple ingredients.

Een paar eenvoudige ingrediënten.

The first ingredient is materials and geometry,

Het eerste is materie en meetkunde,

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

en dat moet sterk aan een energiebron gelinkt zijn.

And you can use passive energy --

Je kunt passieve energie gebruiken --

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

warmte, schudden, lucht, zwaartekracht, magnetisme.

And then you need smartly designed interactions.

Dan heb je slim ontworpen interacties nodig,

And those interactions allow for error correction,

die ook een foutcorrectie hebben

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

en die de vormen laten overgaan van een vorm naar een andere.

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

Ik laat nu een paar dingen zien die we gebouwd hebben,

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

van 1-dimensionale, 2D-, 3D-

and even four-dimensional systems.

en zelfs 4-dimensionale systemen.

So in one-dimensional systems --

In een 1-dimensionaal systeem --

this is a project called the self-folding proteins.

dit project heet de zelf-vouwende eiwitten.

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

Het idee is dat je de 3D-structuur van een eiwit neemt --

in this case it's the crambin protein --

in dit geval het eiwit crambine --

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

je neemt de ruggengraat, geen dwarsverbindingen, geen omgevingsinvloeden --

and you break that down into a series of components.

en je haalt die uit elkaar zodat je een reeks componenten hebt.

And then we embed elastic.

En dan voegen we elastiek toe.

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

Als ik dit in de lucht gooi en ik vang het,

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

dan heeft het de volledige 3D-structuur van het eiwit in alle complexiteit.

And this gives us a tangible model

Dit geeft ons een tastbaar model

of the three-dimensional protein and how it folds

van een 3D-eiwit en hoe het buigt

and all of the intricacies of the geometry.

met alle finesses van de meetkunde.

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

We kunnen dit als een fysiek, intuïtief model bestuderen.

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

We vertalen het ook in 2D-systemen --

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

zodat platte vellen zichzelf tot 3D-structuren kunnen vouwen.

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

Vorig jaren deden we een 3D-project voor TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

samen met Autodesk en Arthur Olson,

where we looked at autonomous parts --

waarbij we keken naar autonome delen --

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

afzonderlijke losse delen die zelf tot elkaar komen.

And we built 500 of these glass beakers.

Zo hebben we 500 van deze glazen bekers gemaakt.

They had different molecular structures inside

Met verschillende moleculaire stucturen erin

and different colors that could be mixed and matched.

en verschillende kleuren die gemengd en gematcht konden worden.

And we gave them away to all the TEDsters.

We hebben ze weggegeven aan de TEDsters.

And so these became intuitive models

De bekers werden intuïtieve modellen

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

om te begrijpen hoe moleculaire zelfassemblage werkt op menselijke schaal.

This is the polio virus.

Dit is het poliovirus.

You shake it hard and it breaks apart.

Als je het hard schudt, dan valt het uit elkaar.

And then you shake it randomly

Als je het willekeurig schudt,

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

dan begint de correctie en bouwt de structuur zichzelf op.

And this is demonstrating that through random energy,

Dit laat zien dat dat we door willekeurige energie

we can build non-random shapes.

niet-willekeurige vormen kunnen bouwen.

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

We hebben laten zien dat we dit op veel grotere schaal kunnen doen.

Last year at TED Long Beach,

Vorig jaar bij TED Long Beach

we built an installation that builds installations.

hadden we een installatie die installaties bouwt.

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

De vraag was of we zelfbouwende objecten van meubelformaat konden maken.

So we built a large rotating chamber,

We bouwden een grote ronddraaiende kamer,

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

waar mensen kwamen die de kamer sneller of langzamer lieten draaien

adding energy to the system

door energie aan het systeem toe te voegen

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

en zo intuïtief te begrijpen hoe zelfassemblage werkt

and how we could use this

en hoe we dit kunnen gebruiken

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

als een techniek om producten op macroschaal te bouwen.

So remember, I said 4D.

Weet je nog, ik zei 4D.

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

Vandaag onthullen we voor het eerst een nieuw project,

which is a collaboration with Stratasys,

in samenwerking met Stratasys,

and it's called 4D printing.

dat 4D-printen heet.

The idea behind 4D printing

Het idee achter 4D-printen is

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

dat je 3D-printen voor multi-materialen neemt,

so you can deposit multiple materials --

je kunt verschillende materialen gebruiken,

and you add a new capability,

en je voegt er een nieuwe mogelijkheid aan toe,

which is transformation,

namelijk transformatie

that right off the bed,

zodat de delen meteen zelf

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

van een vorm naar een andere kunnen transformeren.

And this is like robotics without wires or motors.

Het is zoals robotica, maar zonder snoeren of motors.

So you completely print this part,

Je print dit onderdeel

and it can transform into something else.

en het kan transformeren in iets anders.

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

We hebben ook met Autodesk aan software gewerkt die zij ontwikkelen, Project Cyborg.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

Hiermee kunnen we zelfbouwend gedrag simuleren

and try to optimize which parts are folding when.

en proberen te optimaliseren wanneer welke delen buigen.

But most importantly, we can use this same software

Belangrijker nog is dat we dezelfde software kunnen gebruiken

for the design of nanoscale self-assembly systems

om zelfbouwende systemen op nanoschaal

and human scale self-assembly systems.

en op menselijke schaal te ontwerpen.

These are parts being printed with multi-material properties.

Deze onderdelen worden geprint met multi-materiaaleigenschappen.

Here's the first demonstration.

Hier is de eerste demonstratie.

A single strand dipped in water

Een koord dat natgemaakt is,

that completely self-folds on its own

vouwt zich helemaal zelf

into the letters M I T.

tot de letters MIT.

I'm biased.

Ik ben partijdig.

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

Dit is een ander deel, een enkel koord, in een grotere tank

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

dat zichzelf vouwt tot een kubus, een 3D-structuur, helemaal zelf.

So no human interaction.

Zonder menselijke interactie.

And we think this is the first time

We denken dat dit de eerste keer is

that a program and transformation

dat een programma en een transformatie

has been embedded directly into the materials themselves.

direct in het materiaal ingebouwd zijn.

And it also might just be the manufacturing technique

Het kan precies de techniek zijn waarmee we in de toekomst

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

een meer adaptieve infrastructuur kunnen bouwen.

So I know you're probably thinking,

Jullie denken nu waarschijnlijk, oké,

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

dat is leuk, maar hoe gebruiken we dit in onze gebouwde omgeving?

So I've started a lab at MIT,

Dus ben ik in MIT een laboratorium begonnen

and it's called the Self-Assembly Lab.

dat het zelfassemblagelab heet.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

We willen programmeerbare materialen ontwikkelen

for the built environment.

voor de gebouwde omgeving.

And we think there's a few key sectors

We denken dat er een paar sleutelsectoren zijn

that have fairly near-term applications.

met toepassingen op korte termijn.

One of those is in extreme environments.

Een ervan is een extreme omgeving.

These are scenarios where it's difficult to build,

Hier is het moeilijk om te bouwen,

our current construction techniques don't work,

onze huidige bouwtechnieken werken hier niet,

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

het is te groot, te gevaarlijk, duur, te veel onderdelen.

And space is a great example of that.

De ruimte is hier een goed voorbeeld van.

We're trying to design new scenarios for space

We proberen nieuwe scenario's te ontwerpen

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

met structuren die compleet zelf-bouwend zijn en opnieuw configureerbaar

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

die van het ene zeer functionele systeem naar het andere kunnen overgaan.

Let's go back to infrastructure.

Laten we teruggaan naar de infrastructuur.

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

Hier werken we samen met Geosyntec, een bedrijf uit Boston

And we're developing a new paradigm for piping.

We ontwerpen een nieuw paradigma voor leidingwerk.

Imagine if water pipes could expand or contract

Stel je voor dat een waterleiding kan uitzetten of krimpen

to change capacity or change flow rate,

om de capaciteit te veranderen, of de stroomsnelheid,

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

of dat het kan golven, zoals bij peristaltiek, om het water zelf voort te stuwen.

So this isn't expensive pumps or valves.

Ik bedoel geen dure pompen of afsluiters.

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

Het is een volledig progammeerbare en adaptieve leiding.

So I want to remind you today

Ik wil jullie vandaag herinneren

of the harsh realities of assembly in our world.

aan de harde realiteit van het bouwen in deze wereld.

These are complex things built with complex parts

Het gaat om complexe dingen met complexe onderdelen

that come together in complex ways.

die op een complexe manier tot elkaar komen.

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

Ik wil jullie uitnodigen vanuit iedere industrie

to join us in reinventing and reimagining the world,

om je aan te sluiten en de wereld opnieuw voor te stellen en uit te vinden

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

hoe zaken op nanoschaal en op menselijke schaal in elkaar zitten

so that we can go from a world like this

zodat we van dit soort wereld

to a world that's more like this.

naar een wereld zoals deze gaan.

Thank you.

Dankjewel.

(Applause)

(Applaus)