The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Перекладач: Tetiana Abrosimova Утверджено: Khrystyna Romashko

This is me building a prototype

Ось я шість годин поспіль

for six hours straight.

будую макет.

This is slave labor to my own project.

Я вколюю на власному проекті.

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

Так виглядає "зроби сам" підхід.

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

Аналогічно важку ручну працю використовують

with brute-force assembly techniques.

в сучасному будівництві і промисловості.

And this is exactly why I started studying

І саме через це я вивчаю,

how to program physical materials to build themselves.

як додати до фізичних властивостей матеріалів програму самоконструювання.

But there is another world.

Поруч існує інший світ.

Today at the micro- and nanoscales,

Беспрецедентна революція відбувається

there's an unprecedented revolution happening.

на мікро- і нанорівнях.

Вона полягає у програмуванні фізичних і біологічних матеріалів

And this is the ability to program physical and biological materials

на зміну форми, властивостей, ба більше:

to change shape, change properties

робити обчислення поза кремнієвим середовищем.

and even compute outside of silicon-based matter.

There's even a software called cadnano

Програма cadnano створена для проектування

that allows us to design three-dimensional shapes

тривимірних форм, наприклад, нанороботів

like nano robots or drug delivery systems

або систем введення ліків, де використано молекули ДНК

and use DNA to self-assemble those functional structures.

для функціонального самокомпонування таких структур.

But if we look at the human scale,

Але на рівні людського життя

there's massive problems that aren't being addressed

достатньо проблем, які чекають на вирішення

by those nanoscale technologies.

завдяки застосуванню цих нанотехнологій.

If we look at construction and manufacturing,

В будівництві і виробництві

there's major inefficiencies, energy consumption

за низької ефективності існують величезні енергозатрати

and excessive labor techniques.

та надважка фізична праця.

In infrastructure, let's just take one example.

Ті ж проблеми з оснащенням.

Take piping.

Наприклад - трубопроводи.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

Водні труби мають фіксовану пропускну здатність

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

з обмеженою швидкістю потоку, а крім того труби і клапани коштують дорого.

We bury them in the ground.

Вони закладаються під землю.

If anything changes -- if the environment changes,

У випадку зміни навколишнього середовища - зсув ґрунту,

the ground moves, or demand changes --

або зміна попиту -

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

потрібно їх замінити і все повторити знову.

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

Я пропоную застосувати надбання

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

програмованих на нанорівні адаптивних матеріалів

у будівництві.

and the built environment.

And I don't mean automated machines.

Я не маю на увазі ані автоматизовані пристрої,

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

ані розумні прилади, які замінять людей.

But I mean programmable materials that build themselves.

Я маю на увазі матеріали, які вміють змінюватися.

And that's called self-assembly,

Це і називається самозбирання:

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

процес локальної взаємодії розрізнених частин

through only local interaction.

з метою формування єдиної структури.

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

Як відтворити цей досвід на рівні людини?

We need a few simple ingredients.

Нам потрібно лише кілька речей.

The first ingredient is materials and geometry,

По-перше, це будуть матеріали і геометрія

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

і відповідне джерело постачання енергії.

And you can use passive energy --

Це може бути пасивна енергія,

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

наприклад, тепло, вібрація, пневматика, гравітація, магнетизм.

And then you need smartly designed interactions.

Потім потрібно розумно спроектувати процеси.

Такі процеси допускатимуть коригування неточностей,

And those interactions allow for error correction,

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

а також перехід структур в різні стани.

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

Тепер я продемонтрую вам декілька наших

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

проектів одно-, двох-, трьох-

and even four-dimensional systems.

і, навіть, чотиривимірних систем.

So in one-dimensional systems --

Приклад одновимірної системи -

this is a project called the self-folding proteins.

самоскладання моделі протеїну.

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

Ідея полягає в тому, що ви берете

тільки остов тривимірної структури протеїну

in this case it's the crambin protein --

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

і розбиваєте його на компоненти.

and you break that down into a series of components.

В даному випадку - це протеїн крембін.

Потім ми іх компонуємо за допомогою еластичного кріплення.

And then we embed elastic.

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

Якщо підкинути його вгору і знову впіймати,

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

всі його хитросплетіння тривимірної структури самі складуться.

And this gives us a tangible model

Ми маємо фізичну модель тривимірного протеїну

of the three-dimensional protein and how it folds

з його чудернацькими геометричними зламами.

and all of the intricacies of the geometry.

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

Це приклад інтуїтивно зрозумілої і матеріальної моделі.

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

Ті ж приници ми застосовуємо в двовимірних системах.

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

Пласка структура може скластися в тривимірну структуру.

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

Минулого року на TEDGlobal ми,

with Autodesk and Arthur Olson

разом з Autodesk і Артуром Олсоном, зробили тривимірний проект,

where we looked at autonomous parts --

в якому автономні частини

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

самостійно складалися разом.

And we built 500 of these glass beakers.

Ми створили 500 скляних колб.

Молекулярна структура і кольори їх вмісту відрізнялись,

They had different molecular structures inside

and different colors that could be mixed and matched.

вміст можна було розбивати на частини і знову поєднувати.

And we gave them away to all the TEDsters.

Ми їх роздали всім учасникам TED.

And so these became intuitive models

На прикладі цих моделей можна інтуїтивно зрозуміти

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

молекулярне самозбирання в масштабах людини.

This is the polio virus.

Це вірус поліоміеліту.

Від струшування він розпадається на частини.

You shake it hard and it breaks apart.

And then you shake it randomly

Від подальшого довільного струшування

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

він самостійно відновлює свою структуру.

And this is demonstrating that through random energy,

Це демонтрація того, як довільне прикладання енергії

we can build non-random shapes.

дозволяє формувати заплановані форми.

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

Ми також продемонстрували відновлення в макромасштабі.

Last year at TED Long Beach,

Минулого року на TED Long Beach

we built an installation that builds installations.

ми склали інсталяцію, яка формує інші інсталяції.

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

Ми гадали, чи можливо створити самоскладані об'єкти розміру меблів?

So we built a large rotating chamber,

Ми збудували камеру,

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

яку люди обертали швидко і повільно,

adding energy to the system

таким чином додаючи енергії в систему.

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

Це дає можливість інтуїтивно зрозуміти,

and how we could use this

як застосувати ці техніки

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

на рівні конструювання або виробництва товарів.

So remember, I said 4D.

Я обіцяв навести 4-вимірний приклад.

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

Сьогодні вперше ми піднімемо завісу

which is a collaboration with Stratasys,

нашого спільного зі Stratasys проекту

and it's called 4D printing.

4D друкування.

The idea behind 4D printing

Суть 4D друкування полягає в тому,

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

що окрім багатокомпонентного 3D друкування,

so you can deposit multiple materials --

де поєднано композитні матеріали,

and you add a new capability,

додається нова функція -

which is transformation,

трансформація.

that right off the bed,

Деталі відразу після надрукування

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

трансформують свої форми.

And this is like robotics without wires or motors.

Це те саме, що роботизація, тільки без проводів і моторів.

So you completely print this part,

Ви надрукували деталь,

and it can transform into something else.

яка потім може трансформувати свою форму.

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

Спільно з Autodesk ми працювали над ПО, що називається Project Cyborg.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

Завдяки ньому ми можемо симулювати поведінку самоскладання

and try to optimize which parts are folding when.

і оптимізувати послідовність складання деталей.

But most importantly, we can use this same software

Важливо, що ми можемо використати це ПО

for the design of nanoscale self-assembly systems

як на нанорівні, так і на людському рівні

and human scale self-assembly systems.

систем самоскладання.

These are parts being printed with multi-material properties.

Це процес друкування деталей з композитних матеріалів.

Here's the first demonstration.

Демонструється вперше.

A single strand dipped in water

Суцільна частина кабеля занурююється у воду,

that completely self-folds on its own

де вона самостійно складається

into the letters M I T.

в напис з літер MIT.

I'm biased.

Трохи реклами не завадить.

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

Це інша суцільна частина кабеля, занурена в більший контейнер з водою.

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

Вона самоскладається в тривимірну структуру куба.

Як бачите: ніякого людського втручання.

So no human interaction.

Гадаю, це вперше програма і трансформування

And we think this is the first time

that a program and transformation

закладені безпосередньо

has been embedded directly into the materials themselves.

в матеріалі.

And it also might just be the manufacturing technique

Ми можемо використовувати цю техніку в майбутньому

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

для виробництва ще більш адаптивних інфраструктур.

Ви, напевно, думаєте: всі ці речі цікаві,

So I know you're probably thinking,

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

але як все це застосувати у будівництві?

So I've started a lab at MIT,

Я започаткував Self-Assembly Lab лабораторію

and it's called the Self-Assembly Lab.

в MIT.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Ми намагаємось розробити програмовані матеріали

for the built environment.

для будівництва.

And we think there's a few key sectors

Ми очікуємо, що деякі ключові розробки

that have fairly near-term applications.

вже скоро будуть застосовані.

One of those is in extreme environments.

Одна з них - для екстремального середовища.

These are scenarios where it's difficult to build,

В такому середовищі важко будувати,

our current construction techniques don't work,

через те, що там небезпечно, або через дороговизну,

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

або через завеликий розмір і багатокомпонентність техніки.

And space is a great example of that.

Чудовим прикладом є космос.

We're trying to design new scenarios for space

Ми працюємо над новими моделями для космосу,

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

які структурно будуть змінювати конфігурацію і самоскладатися

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

у широкофункціональні і взаємозамінні системи.

Let's go back to infrastructure.

Повернемося до інфраструктури.

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

Ми працюємо разом із бостонською компанією Geosyntec в напрямку оснащення.

And we're developing a new paradigm for piping.

Ми розробляємо новий еталон трубопроводів.

Imagine if water pipes could expand or contract

Тільки уявіть труби, які можуть розширюватись і звужуватись,

to change capacity or change flow rate,

щоб забезпечити іншу пропускну спроможність чи об'єм.

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

Або, навіть, скорочуватись на кшталт перистальтики,

So this isn't expensive pumps or valves.

щоб самостійно проштовхувати воду. І це не дорогі труби і клапани.

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

Це автономна труба, яку можна запрограмувати на адаптацію.

So I want to remind you today

Тож я привертаю вашу увагу

of the harsh realities of assembly in our world.

до жорстких умов конструювання, які ми зараз маємо в світі.

These are complex things built with complex parts

Це складні конструкції, що будуються

that come together in complex ways.

зі складних деталей і так само складно поєднуються між собою.

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

Я запрошую представників різних галузей долучитись

to join us in reinventing and reimagining the world,

до нас у відтворенні шляхів поєднання

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

речей з нанорівня на людський рівень.

so that we can go from a world like this

задля зміни існуючого порядку в світі

to a world that's more like this.

на такий.

Thank you.

Дякую.

(Applause)

(Оплески)