The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Скайлар Тиббитс: появление 4D печати

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Переводчик: Редактор: Aliaksandr Autayeu

This is me building a prototype

На видео — я. Изготавливаю прототип

for six hours straight.

шесть часов подряд.

This is slave labor to my own project.

Эта тяжёлая работа — для моего собственного проекта.

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

Вот так выглядят самодельные проекты.

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

Это подобно современному миру строительства и производства

with brute-force assembly techniques.

с применением технологии сборки грубой силой.

And this is exactly why I started studying

Поэтому-то я и начал изучать, каким образом можно

how to program physical materials to build themselves.

запрограммировать материалы на самоорганизацию в пространстве.

But there is another world.

Но есть и другая сфера.

Today at the micro- and nanoscales,

На микро- и наноуровнях сейчас происходит

there's an unprecedented revolution happening.

невиданное до сих пор развитие технологий.

And this is the ability to program physical and biological materials

Это — возможность программировать неживую и живую материю

to change shape, change properties

на изменение формы и свойств

and even compute outside of silicon-based matter.

и даже на выполнение вычислений без использования кремниевых устройств.

There's even a software called cadnano

Существует пакет программного обеспечения cadnano,

that allows us to design three-dimensional shapes

который позволяет разрабатывать трёхмерные формы

like nano robots or drug delivery systems

вроде нанороботов или устройств, доставляющих лекарства в ткани

and use DNA to self-assemble those functional structures.

и использовать ДНК для их самопроизвольной сборки.

But if we look at the human scale,

Однако в более привычном для нас масштабе

there's massive problems that aren't being addressed

существуют другие проблемы,

by those nanoscale technologies.

не связанные с нанотехнологиями.

If we look at construction and manufacturing,

Если мы обратимся к проектированию и производству,

there's major inefficiencies, energy consumption

то увидим постоянные препятствия, излишнее потребление энергии

and excessive labor techniques.

и неэффективные методы работы.

In infrastructure, let's just take one example.

Я приведу один пример.

Take piping.

Например, трубопровод.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

По существующей технологии производятся трубы ограниченной пропускной способности,

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

требующие дополнительного укрепления и искусственной подкачки воды.

We bury them in the ground.

Мы зарываем их под землю.

If anything changes -- if the environment changes,

Но если что-либо изменяется: условия,

the ground moves, or demand changes --

тектоника, наши потребности,

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

то — начинай всё с начала, выкапывай и заменяй.

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

Так вот, мне бы хотелось рассказать, как сделать возможным

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

использование нано-принципов самоорганизации и адаптации

and the built environment.

для нашего с вами мира.

And I don't mean automated machines.

И я имею в виду не электрические приборы.

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

И не просто роботов, которые призваны заменить людей.

But I mean programmable materials that build themselves.

Я имею в виду самоорганизующиеся материалы.

And that's called self-assembly,

Вот что это такое:

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

неупорядоченные части самопроизвольно образуют структуру предмета или вещества,

through only local interaction.

взаимодействуя между собой.

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

Как же перенести этот механизм в большой масштаб?

We need a few simple ingredients.

Требуется несколько простых ингредиентов.

The first ingredient is materials and geometry,

Первый — это материал и его конфигурация,

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

которые должны быть связаны с источником энергии.

And you can use passive energy --

Можно использовать пассивную энергию,

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

такую как жар, тряска, давление воздуха, притяжение, магнетизм.

And then you need smartly designed interactions.

Затем, нужно хорошенько продумать взаимодействия.

And those interactions allow for error correction,

Они должны также допускать исправление возникающих ошибок,

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

которые возникают в процессе превращения одного объекта в другой.

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

Вот чего мы добились, работая

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

над одно-, двух-, трёхмерными

and even four-dimensional systems.

и даже четырёхмерными системами.

So in one-dimensional systems --

Итак, одномерные системы.

this is a project called the self-folding proteins.

Этот проект называется самоструктурирующаяся молекула белка.

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

Можно получить трёхмерную структуру такой молекулы,

in this case it's the crambin protein --

в данном случае это белок растения рода крестоцветных,

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

работая только с атомными связями, исключая любое воздействие среды.

and you break that down into a series of components.

Мы разбиваем его на некоторое количество частей,

And then we embed elastic.

а затем вшиваем в него упругий тяж.

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

Я бросаю его в воздух, а ловлю уже другой объект,

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

трёхмерную модель структуры белка во всей своей сложности.

And this gives us a tangible model

Мы получили действующий образец

of the three-dimensional protein and how it folds

этой молекулы и того, как она складывается в процессе синтеза,

and all of the intricacies of the geometry.

с соблюдением всех подробностей процесса.

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

Теперь у нас перед глазами есть ощутимая, наглядная модель.

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

То же и с двухмерными системами,

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

когда плоские предметы организуются в объёмные фигуры самопроизвольно.

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

Мы демонстрировали возможности трёхмерных структур на TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

с помощью Autodesk и Артура Олсона,

where we looked at autonomous parts --

когда отдельные компоненты системы

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

могут объединяться в правильном порядке.

And we built 500 of these glass beakers.

Мы сделали 500 таких мензурок

They had different molecular structures inside

с разными молекулярными структурами внутри

and different colors that could be mixed and matched.

и разноцветными частями, подходящими друг к другу.

And we gave them away to all the TEDsters.

И раздали их всем участникам конференции.

And so these became intuitive models

Чтобы наглядно показать,

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

как работает самоорганизация в человеческом масштабе.

This is the polio virus.

Это — вирус полиомиелита.

You shake it hard and it breaks apart.

Мы с силой трясём его, чтобы разрушить.

And then you shake it randomly

А затем снова трясём,

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

чтобы он образовал упорядоченную систему.

And this is demonstrating that through random energy,

Это показывает, как можно направить случайным образом приложенную энергию

we can build non-random shapes.

на построение геометрических структур.

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

Мы также показали, что этот же принцип применим в гораздо больших масштабах.

Last year at TED Long Beach,

В прошлом году на TED в Лонг-бич

we built an installation that builds installations.

мы установили инсталляцию, производящую другие инсталляции.

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

Мы пытались понять, возможна ли самоорганизация предметов размером, скажем, со стул?

So we built a large rotating chamber,

Так что мы построили огромную вращающуюся камеру,

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

в которую могли зайти люди и вращать её с разной скоростью,

adding energy to the system

сообщая ей энергию

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

и приобретая понимание того, как работает самоорганизация,

and how we could use this

а также как мы могли бы это использовать

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

в проектировании и производстве.

So remember, I said 4D.

Помните, я упоминал 4D.

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

Сегодня я впервые расскажу о новом проекте,

which is a collaboration with Stratasys,

создаваемом в сотрудничестве со Stratasys,

and it's called 4D printing.

мы назвали его 4D копирование.

The idea behind 4D printing

Смысл в том,

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

что можно взять за основу 3D изделие,

so you can deposit multiple materials --

возможно, состоящее из нескольких материалов,

and you add a new capability,

и добавить новое свойство,

which is transformation,

трансформацию,

that right off the bed,

таким образом, что

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

части приобретают способность видоизменяться полностью самостоятельно.

And this is like robotics without wires or motors.

Это похоже на роботостроение, только без электричества и приводов.

So you completely print this part,

Итак, мы распечатываем одну часть,

and it can transform into something else.

и она трансформируется в нечто иное.

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

Кстати, проект Киборг, над которым работает Autodesk

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

позволяет нам симулировать этот механизм самоорганизации

and try to optimize which parts are folding when.

так что мы можем совершенствовать процесс.

But most importantly, we can use this same software

Важнее всего то, что мы можем моделировать его,

for the design of nanoscale self-assembly systems

чтобы разрабатывать системы

and human scale self-assembly systems.

на нано- и макроуровнях.

These are parts being printed with multi-material properties.

Вот эти распечатанные на 3D принтере части состоят из нескольких материалов.

Here's the first demonstration.

Демонстрируется в первый раз.

A single strand dipped in water

Одна нить, погруженная в воду,

that completely self-folds on its own

складывается сама по себе

into the letters M I T.

в надпись MIT.

I'm biased.

Отсылки, знаете ли.

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

Вот другая часть, плоская цепь, погруженная в ёмкость большего размера,

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

она самопроизвольно превращается в трёхмерную кубическую структуру.

So no human interaction.

Никакого вмешательства человека.

And we think this is the first time

Впервые в истории мы сумели

that a program and transformation

заложить программу к трансформации

has been embedded directly into the materials themselves.

в само вещество, из которого состоит предмет.

And it also might just be the manufacturing technique

Если говорить о производственных технологиях,

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

то это позволит нам изготавливать адаптивные элементы инфраструктуры в будущем.

So I know you're probably thinking,

Вы, наверное, думаете:

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

ладно, это прикольно, конечно, но какая от этого польза?

So I've started a lab at MIT,

Так что я основал лабораторию в Массачусетском Технологическом университете

and it's called the Self-Assembly Lab.

и назвал её лаборатория самоорганизации.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Мы занимаемся совершенствованием программируемых материалов

for the built environment.

для строительства.

And we think there's a few key sectors

Мы думаем, что применение можно найти

that have fairly near-term applications.

в нескольких ключевых сферах.

One of those is in extreme environments.

Одна из них — сложные природные условия.

These are scenarios where it's difficult to build,

В сложных условиях или местах,

our current construction techniques don't work,

где современные технологии строительства не работают,

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

слишком сложно, слишком дорого, слишком опасно и так далее.

And space is a great example of that.

Отличный пример — космос.

We're trying to design new scenarios for space

Мы пытаемся проработать оригинальные подходы к работе там,

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

используя трансформацию и самоорганизующиеся структуры,

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

чтобы необходимые системы могли превращаться одна в другую.

Let's go back to infrastructure.

Но давайте вернёмся к инфраструктуре.

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

Тут мы сотрудничаем с бостонской компанией Geosyntec.

And we're developing a new paradigm for piping.

Мы вырабатываем новую концепцию трубопровода.

Imagine if water pipes could expand or contract

Представьте себе водяные трубы, которые могут расширяться или сжиматься,

to change capacity or change flow rate,

чтобы изменять свою пропускную способность

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

или даже имитировать перистальтику, чтобы проталкивать воду через себя.

So this isn't expensive pumps or valves.

Так что нам не нужны будут дорогие насосы и уплотнения.

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

Вот — полностью программируемая и адаптивная водопроводная труба.

So I want to remind you today

Я хочу напомнить вам

of the harsh realities of assembly in our world.

о сложностях организации в современном мире.

These are complex things built with complex parts

Как правило это — сложные вещи, состоящие из сложных компонентов,

that come together in complex ways.

усложнённым образом объединяющихся воедино.

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

Так что мне хотелось бы пригласить вас из мира современных технологий

to join us in reinventing and reimagining the world,

в совершенно переосмысленный новый мир,

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

где предметы могут изменять свою шкалу.

so that we can go from a world like this

Идите с нами от вот этого

to a world that's more like this.

к вот этому.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)