The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Translator: Techaphon Nitisaowaphak Reviewer: Kelwalin Dhanasarnsombut

This is me building a prototype

ที่เห็นนี่คือผมกำลังพยายามสร้างต้นแบบ

for six hours straight.

ซึ่งใช้เวลาต่อเนื่องถึง 6 ชั่วโมง

This is slave labor to my own project.

นี่คือการใช้แรงงานเยี่ยงทาสเพื่อโครงการของตัวผมเอง

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

นี่คือภาพการเคลื่อนที่ของการสร้างสรรค์งานด้วยตนเอง

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

และนี่เปรียบได้กับสิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ในโลกของอุตสาหกรรมการก่อสร้างและการผลิต

with brute-force assembly techniques.

ที่ใช้แรงงานอย่างหนักในการประกอบชิ้นส่วน

And this is exactly why I started studying

และนั่นคือเหตุผลที่ทำให้ผมเริ่มศึกษา

how to program physical materials to build themselves.

วิธีการโปรแกรมให้วัสดุุสามารถสร้างรูปร่างได้ด้วยตัวเอง

But there is another world.

แต่มันมีอีกโลกหนึ่ง

Today at the micro- and nanoscales,

ในปัจจุบัน ที่ระดับไมโครและนาโน

there's an unprecedented revolution happening.

กำลังมีการเปลี่ยนแปลงแบบพลิกโลกเกิดขึ้น

And this is the ability to program physical and biological materials

นั่นคือเราสามารถโปรแกรมวัสดุทางกายภาพ และวัสดุชีวภาพ

to change shape, change properties

ให้มันสามารถเปลี่ยนรูปร่าง คุณสมบัติ

and even compute outside of silicon-based matter.

หรือกระทั่งคิดคำนวณโดยไม่ใช้วิถีซิลิกอน (อิเล็คทรอนิคส์)

There's even a software called cadnano

เรามีซอฟแวร์ชื่อว่า แคดนาโน (cadnano)

that allows us to design three-dimensional shapes

ที่ช่วยให้เราออกแบบรูปร่างสามมิติ

like nano robots or drug delivery systems

ดังเช่น หุ่นยนต์นาโน หรือ ระบบลำเลียงยา

and use DNA to self-assemble those functional structures.

และใช้ ดีเอ็นเอ (DNA) ในการประกอบ สิ่งที่ทำหน้าที่ดังกล่าวขึ้นมาเอง

But if we look at the human scale,

แต่ถ้าเรามาพิจารณาในระดับขนาดของมนุษย์

there's massive problems that aren't being addressed

มันมีปัญหาใหญ่หลายข้อที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข

by those nanoscale technologies.

โดยเทคโนโลยีในระดับนาโนดังกล่าว

If we look at construction and manufacturing,

ถ้าเราพิจารณาอุตสาหกรรมก่อสร้างและการผลิต

there's major inefficiencies, energy consumption

มันมีปัญหาในแง่ความไม่มีประสิทธิภาพ สิ้นเปลืองพลังงาน

and excessive labor techniques.

และการใช้เทคนิคที่ต้องใช้แรงงานมากเกินไป

In infrastructure, let's just take one example.

ลองยกตัวอย่างอันหนึ่งในด้านโครงสร้างพื้นฐาน

Take piping.

ระบบท่อส่งน้ำประปา

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

เรามีท่อส่งน้ำที่มีความสามารถในการส่งปริมาณน้ำคงที่

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

มีค่าอัตราการไหลของน้ำที่คงที่ ยกเว้นปั๊มและวาล์วราคาแพง

We bury them in the ground.

เราก็ฝังมันไว้ใต้ดิน

If anything changes -- if the environment changes,

ถ้ามีอะไรเปลี่ยนแปลง เช่นสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนไป

the ground moves, or demand changes --

พื้นเกิดการทรุดตัว หรือ ปริมาณการใช้น้ำเพิ่มขึ้น

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

เราจะต้องทำทุกอย่างใหม่หมด เอาของเดิมออกมาแล้วทดแทนด้วยของใหม่

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

ดังนั้น ผมอยากเสนอให้เรารวมโลกทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน

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

โดยที่เราจะสามารถนำเอาโลกระดับนาโน ที่สามารถโปรแกรมวัสดุให้ปรับเปลี่ยนได้

and the built environment.

รวมเข้าด้วยกันกับภาวะแวดล้อมอย่างที่เรามีอยู่

And I don't mean automated machines.

แต่ผมไม่ได้หมายถึงเครื่องจักรกลอัตโนมัตินะ

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

ผมไม่ได้หมายถึงแค่เครื่องจักรชาญฉลาดที่ทำงานแทนมนุษย์

But I mean programmable materials that build themselves.

แต่ผมหมายถึง วัสดุที่สามารถก่อสร้างด้วยตัวเองได้ตามคำสั่งของเรา

And that's called self-assembly,

และนั่นคือสิ่งที่เรียกว่า การประกอบตัวเอง

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

ซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างโครงสร้าง ขึ้นมาจากชิ้นส่วนที่กระจัดกระจายอยู่

through only local interaction.

ด้วยการปฏิสัมพันธ์ระหว่างชิ้นส่วนเหล่านั้น

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

แล้วเราจะต้องทำอย่างไร ถ้าเราต้องการให้เกิดสิ่งนี้ขึ้นในระดับของมนุษย์

We need a few simple ingredients.

เราต้องการส่วนประกอบพื้นฐานสองสามอย่าง

The first ingredient is materials and geometry,

อันแรกคือวัสดุและรูปทรง

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

และมันจะต้องผูกสัมพันธ์กับแหล่งพลังงานอย่างลงตัว

And you can use passive energy --

คุณสามารถใช้พลังงานธรรมชาติ

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

เช่น ความร้อน การเขย่า การสั่น แรงโน้มถ่วง หรือแรงแม่เหล็ก

And then you need smartly designed interactions.

และคุณต้องออกแบบ การปฏิสัมพันธ์ของพวกมันอย่างชาญฉลาด

And those interactions allow for error correction,

และการปฏิสัมพันธ์นี้จะต้องยืดหยุ่นต่อความผิดพลาด

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

และการปฏิสัมพันธ์จะช่วยให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่าง ขณะที่มันเปลี่ยนจากสถานะหนี่งไปยังสถานะถัดไป

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

ตอนนี้ ผมจะแสดงให้คุณดู โครงการจำนวนหนึ่งที่เราได้ทำขึ้น

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

จากหนึ่งมิติ สองมิติ สามมิติ

and even four-dimensional systems.

และแม้กระทั่ง 4 มิติ

So in one-dimensional systems --

ในระบบแบบหนึ่งมิติ

this is a project called the self-folding proteins.

นี่คือโครงการที่เรียกว่า โปรตีนที่ม้วนพับเองได้

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

แนวคิดก็คือคุณนำโครงสร้าง 3 มิติ ของโปรตีน

in this case it's the crambin protein --

--ในกรณีนี้คือโปรตีนแครมบิน (crambin)--

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

คุณเลือกเอาเฉพาะส่วนหลัก --ดังนั้นจะไม่มีส่วนที่เชื่อมต่อหรือส่วนที่ทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม--

and you break that down into a series of components.

แล้วคุณแยกย่อยมันออกมาเป็นลำดับของชิ้นส่วน

And then we embed elastic.

จากนั้นเพิ่มความยืดหยุ่นเข้าไป

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

และเมื่อผมโยนมันขึ้นไปในอากาศ แล้วรอรับตอนมันหล่นกลับลงมา

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

มันจะเป็นโครงสร้างโปรตีน 3 มิติ พร้อมด้วยรายละเอียดที่ซับซ้อนครบถ้วน

And this gives us a tangible model

และนี่คือตัวอย่างที่จับต้องได้

of the three-dimensional protein and how it folds

ของโปรตีนในแบบ 3 มิติ และการม้วนตัวของมัน

and all of the intricacies of the geometry.

และรายละเอียดอันซับซ้อนของรูปทรง

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

ดังนั้น เราสามารถศึกษาสิ่งนี้ในฐานะตัวอย่างหรือต้นแบบ

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

และเราได้พัฒนามันไปสู่ระบบแบบ 2 มิติ

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

นี่คือกระดาษที่สามารถม้วนตัวเอง เพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติขึ้นมา

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

กรณี 3 มิติ เราได้ทำโครงการที่่ TED Global ในปีที่แล้ว

with Autodesk and Arthur Olson

ร่วมกับ Autodesk และ อาร์เธอร์ ออลสัน (Arthur Olson)

where we looked at autonomous parts --

พวกเราเน้นไปที่ส่วนที่เกิดขึ้นด้วยตัวมันเอง

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

นั่นคือส่วนประกอบแต่ละชิ้นซึ่งถูกปล่อยไว้ จะสามารถเชื่อมต่อเข้าด้วยกันได้ด้วยตัวเอง

And we built 500 of these glass beakers.

และเราผลิตขวดแก้วเหล่านี้เป็นจำนวน 500 ชุด

They had different molecular structures inside

พวกมันมีโมเลกุลที่โครงสร้างต่างๆ กันอยู่ข้างใน

and different colors that could be mixed and matched.

และมีสีสันที่สามารถเลือกจัดให้เข้าชุดกันได้

And we gave them away to all the TEDsters.

เราแจกจ่ายมันให้กับผู้เข้าร่วมสัมมนา TED

And so these became intuitive models

และมันก็กลายเป็นต้นแบบที่เข้าใจได้โดยสัญชาตญาณ

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

ว่าการสร้างตัวเองของโมเลกุลทำงาน ในระดับขนาดปกติของคนทั่วไปอย่างไร

This is the polio virus.

นี่คือ เชื้อไวรัสโปลิโอ

You shake it hard and it breaks apart.

ถ้าคุณเขย่ามันแรงๆ มันจะแยกออกจากกัน

And then you shake it randomly

จากนั้นหากคุณเขย่าไปมาอย่างมั่วๆ

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

มันจะเริ่มกลับมารวมตัว สร้างเป็นโครงสร้างของมันอีกครั้งหนึ่ง

And this is demonstrating that through random energy,

และนี่คือการสาธิตให้เห็นว่า เราสามารถใช้พลังงานแบบไร้ระเบียบ

we can build non-random shapes.

มาสร้างรูปทรงที่แน่นอนได้

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

เราได้เคยสาธิตให้เห็นว่าเราสามารถทำอย่างนี้ได้ ในระดับขนาดที่ใหญ่กว่านี้มาก

Last year at TED Long Beach,

เมื่อปีที่แล้ว ที่ TED เมืองลองบีช

we built an installation that builds installations.

เราสร้างวัตถุที่สามารถสร้างวัตถุขึ้นมา

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

แนวคิดก็คือ เราจะสามารถสร้างวัตถุที่ประกอบตัวมันเอง ที่มีขนาดใหญ่เท่าเฟอร์นิเจอร์ได้หรือไม่

So we built a large rotating chamber,

เราก็เลยสร้างกล่องขนาดใหญ่ที่หมุนได้

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

และผู้คนสามารถเข้ามาหมุนกล่องนี้ เร็วบ้าง ช้าบ้าง

adding energy to the system

เติมพลังงานใส่เข้าไปในระบบ

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

และทำความเข้าใจว่า การประกอบชิ้นส่วนด้วยตัวเองทำงานอย่างไร

and how we could use this

และเราจะสามารถนำสิ่งนี้

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

ไปใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและการผลิตได้อย่างไร

So remember, I said 4D.

จำได้ไหม ผมพูดถึง 4D สี่มิติ

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

ดังนั้น ในวันนี้ เราจะเปิดเผยโครงการ 4 มิติเป็นครั้งแรก

which is a collaboration with Stratasys,

ซึ่งเราทำงานร่วมกับ แสตรทาซี่

and it's called 4D printing.

และเราเรียกมันว่า การพิมพ์ 4 มิติ (4D printing)

The idea behind 4D printing

แนวคิดก็คือ

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

คุณนำเอา การพิมพ์แบบ 3 มิติ ด้วยวัสดุหลากหลาย

so you can deposit multiple materials --

คุณนำวัสดุหลาย ๆ อย่างมารวมกัน

and you add a new capability,

จากนั้นคุณก็เพิ่มความสามารถใหม่เข้าไป

which is transformation,

นั่นคือความสามารถในการเปลี่ยนรูป

that right off the bed,

ที่ซึ่ง เมื่อออกจากสายการผลิต

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

ชิ้นส่วนจะสามารถเปลี่ยนรูป จากรูปทรงหนึ่งไปยังอีกรูปทรงหนึ่งได้ด้วยตัวเอง

And this is like robotics without wires or motors.

มันเหมือนหุ่นยนต์ที่ไม่มีสายไฟ ไม่มีมอเตอร์

So you completely print this part,

ดังนั้น เมื่อคุณพิมพ์ชิ้นส่วนนี้แล้วเสร็จ

and it can transform into something else.

มันจะสามารถเปลี่ยนรูปเป็นอย่างอื่นได้

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

และเรากำลังทำงานกับ ออโตเดส์ค (Autodesk) เพื่อพัฒนาซอฟแวร์ที่ชื่อว่า โปรเจค ไซบอร์ก (Project Cyborg)

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

ซึ่งมันจะช่วยให้เราสามารถ จำลองพฤติกรรมการประกอบตัวเอง

and try to optimize which parts are folding when.

และพยายามปรับการม้วนพับตัวของแต่ละชิ้นส่วนให้ดีที่สุด

But most importantly, we can use this same software

แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือ เราสามารถใช้ซอฟแวร์เดียวกันนี้

for the design of nanoscale self-assembly systems

สำหรับการออกแบบระบบการประกอบตัวเองในระดับนาโน

and human scale self-assembly systems.

และในระดับปกติของมนุษย์

These are parts being printed with multi-material properties.

นี่คือชิ้นส่วนที่กำลังถูกพิมพ์ด้วยวัสดุหลายชนิด

Here's the first demonstration.

และนี่คือการสาธิตครั้งแรก

A single strand dipped in water

สายยาวอันหนึ่งถูกจุ่มลงไปในน้ำ

that completely self-folds on its own

และมันก็ม้วนตัวเอง

into the letters M I T.

เป็นตัวอักษร M I T

I'm biased.

ผมเข้าข้างตัวเอง

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

นี่คือชิ้นส่วนอีกอันหนึ่ง สายยาวอันหนึ่งถูกจุ่มลงไปในถังที่ใหญ่กว่า

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

และมันม้วนตัวเองเป็นรูปลูกบาศก์แบบ 3 มิติ

So no human interaction.

โดยไม่มีมนุษย์เข้าไปยุ่งเกี่ยว

And we think this is the first time

เราคิดว่า นี่เป็นครั้งแรก

that a program and transformation

ที่ชุดคำสั่งและการเปลี่ยนรูป

has been embedded directly into the materials themselves.

ได้ถูกฝังใส่เข้าไปในตัววัสดุโดยตรง

And it also might just be the manufacturing technique

และมันอาจจะเป็นเทคนิคการผลิต

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

ที่ช่วยให้เราสามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐาน ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ในอนาคต

So I know you're probably thinking,

ผมรู้ว่าคุณอาจจะกำลังคิดว่า

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

โอเค มันเจ๋งดีนะ แต่เราจะนำเอาของพวกนี้ มาใช้ประโยชน์กับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่แล้วได้อย่างไร

So I've started a lab at MIT,

ดังนั้น ผมได้ริเริ่มสร้างห้องปฏิบัติการที่ MIT

and it's called the Self-Assembly Lab.

เรียกว่า Self-Assembly Lab

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

พวกเราทุ่มเทให้กับการพัฒนาวัสดุที่โปรแกรมได้

for the built environment.

ที่สามารถใช้ได้กับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่แล้ว

And we think there's a few key sectors

พวกเราคิดว่ามีบางภาคอุตสาหกรรม

that have fairly near-term applications.

ที่สามารถนำไปใช้ได้ในระยะเวลาอันใกล้นี้

One of those is in extreme environments.

หนึ่งในนั้นก็คือภาคส่วนที่มีสภาพแวดล้อมรุนแรงสุดขีด

These are scenarios where it's difficult to build,

นี่คือสถานการณ์ที่การก่อสร้างด้วยเทคนิคที่ใช้อยู่ปัจจุบัน

our current construction techniques don't work,

ไม่สามารถทำได้

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

มันใหญ่เกินไป อันตรายเกินไป มีราคาแพง และมีชิ้นส่วนมากเกินไป

And space is a great example of that.

และอวกาศก็เป็นตัวอย่างที่ดีอันหนึ่ง

We're trying to design new scenarios for space

พวกเราพยายามออกแบบโฉมหน้าใหม่สำหรับอวกาศ

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

ที่สามารถประกอบสร้างตัวเองและปรับเปลี่ยนโครงสร้างได้

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

ซึ่งสามารถเปลี่ยนจากระบบที่ทำหน้าที่หนึ่ง ไปเป็นอีกระบบซึ่งทำอีกหน้าที่หนึ่งได้

Let's go back to infrastructure.

กลับมาพูดถึงเรื่องโครงสร้างพื้นฐาน

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

ด้านโครงสร้างพื้นฐาน เรากำลังทำงานกับบริษัทในบอสตัน ชื่อ Geosyntec

And we're developing a new paradigm for piping.

พวกเรากำลังพัฒนาระบบท่อแบบใหม่

Imagine if water pipes could expand or contract

จิตนาการดูซิว่า ถ้าท่อน้ำสามารถขยายหรือหดตัว

to change capacity or change flow rate,

เพื่อเปลี่ยนปริมาณส่งน้ำ หรืออัตราการไหล

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

หรือกระทั่งสามารถบีบตัวเพื่อขับดันน้ำ

So this isn't expensive pumps or valves.

ดังนั้น นี่ก็จะเป็นปั๊มหรือวาล์วที่ราคาไม่แพง

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

นี่คือระบบท่อที่สามารถสั่งและปรับเปลี่ยนได้โดยตัวมันเอง

So I want to remind you today

วันนี้ ผมอยากจะย้ำเตือนพวกท่าน

of the harsh realities of assembly in our world.

ถึงความจริงที่ขมขื่นในโลกแห่งการสร้างและประกอบ

These are complex things built with complex parts

มันคือสิ่งที่ซับซ้อน สร้างขึ้นด้วยชิ้นส่วนที่ซับซ้อน

that come together in complex ways.

และประกอบเข้าด้วยกันอย่างซับซ้อน

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

ดังนั้น ผมอยากจะเชิญพวกคุณ ไม่ว่าจะมาจากอุตสาหกรรมใด

to join us in reinventing and reimagining the world,

มาร่วมมือกับพวกเรา เพื่อสร้างโลกใหม่ในการสร้างและประกอบ

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

สิ่งต่างๆ จากขนาดเล็กๆ ระดับนาโน ไปจนถึงขนาดใหญ่ที่เราคุ้นเคย

so that we can go from a world like this

เพื่อให้เราสามารถเปลี่ยนจากโลกแบบนี้

to a world that's more like this.

ไปเป็นโลกแบบนี้

Thank you.

ขอบคุณครับ

(Applause)

(เสียงปรบมือ)