The emergence of "4D printing" | Skylar Tibbits

Skylar Tibbits: Sự xuất hiện của "IN 4D"

Translator: Timothy Covell Reviewer: Morton Bast

Translator: Hoàng Linh Reviewer: Nguyen Minh Duc

This is me building a prototype

Đây là tôi khi đang làm một mô hình

for six hours straight.

trong 6 tiếng

This is slave labor to my own project.

Đây là việc làm lao động nô lệ cho chính dự án của mình

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

Điều này thực sự trông giống như dạng tự làm và các hoạt động sản xuất

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

Và đây cũng là điều tương tự với thế giới xây dựng và sản xuất hôm nay

with brute-force assembly techniques.

với các kỹ thuật lắp ráp cưỡng chế.

And this is exactly why I started studying

Và đây chính xác là lý do tại sao tôi bắt đầu nghiên cứu

how to program physical materials to build themselves.

làm thế nào để lập trình các vật liệu vật chất để tự lắp ráp

But there is another world.

Tuy nhiên có một thế giới khác.

Today at the micro- and nanoscales,

Ngày hôm nay tại tầm vĩ mô và mức na-nô,

there's an unprecedented revolution happening.

có một cuộc cách mạng chưa từng có đang xảy ra

And this is the ability to program physical and biological materials

Và đây là cơ hội cho việc lập trình các vật liệu vật chất và sinh học

to change shape, change properties

để thay đổi hình dạng, thay đổi thuộc tính

and even compute outside of silicon-based matter.

và thậm chí tính toán được cả bề ngoài của vật liệu silicon

There's even a software called cadnano

Thậm chí có cả một phần mềm gọi là Cadnano

that allows us to design three-dimensional shapes

cho phép chúng ta thiết kế những hình ảnh 3 chiều

like nano robots or drug delivery systems

giống như là một con rô-bốt nano hoặc là một hệ thống phân phối thuốc

and use DNA to self-assemble those functional structures.

và sử dụng ADN để tự lắp ráp những cấu trúc chức năng

But if we look at the human scale,

Nhưng nếu chúng ta nhìn với mức mắt người,

there's massive problems that aren't being addressed

có những vấn đề lớn không thể giải quyết được

by those nanoscale technologies.

bằng các công nghệ na-nô này.

If we look at construction and manufacturing,

Nếu chúng ta nhìn vào lĩnh vực xây dựng và sản xuất,

there's major inefficiencies, energy consumption

có những hiệu suất thấp, tiêu thụ nhiều năng lượng

and excessive labor techniques.

và những kỹ thuật lao động quá mức.

In infrastructure, let's just take one example.

Về cơ sở hạ tầng, chúng ta hãy lấy một ví dụ.

Take piping.

Về đường ống.

In water pipes, we have fixed-capacity water pipes

Trong các đường ống nước, chúng ta có những đường ống cố định dung lượng

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

mà đã cố định lưu lượng dòng chảy, ngoại trừ máy bơm và van đắt tiền.

We bury them in the ground.

Chúng ta chôn chúng dưới đất

If anything changes -- if the environment changes,

Nếu có bất cứ điều gì thay đổi - nếu môi trường thay đổi

the ground moves, or demand changes --

nếu mặt đất chuyển dịch, hoặc thậm chí là những thay đổi theo nhu cầu--

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

chúng ta phải bắt đầu lại từ đầu, đưa chúng lên và thay thế chúng.

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

Do đó tôi muốn đề nghị rằng chúng ta có thể kết hợp hai thế giới này lại,

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

rằng chúng ta có thể kết hợp thế giới của các vật liêu na-nô có thể lập trình với vât liệu(thông thường)

and the built environment.

với môi trường nhân tạo.

And I don't mean automated machines.

Và tôi không có ý nói đến các máy móc tự động

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

I không chỉ nói đến các máy móc thông minh có thể thay thế con người.

But I mean programmable materials that build themselves.

Nhưng tôi muốn nói đến các vật liệu có khả năng lập trình để tự tạo.

And that's called self-assembly,

Và cái đó được gọi là tự lắp ráp,

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

đó là một quá trình mà các bộ phận không được sắp đặt xây dựng nên một cấu trúc đã được sắp đặt

through only local interaction.

thông qua các hoạt động tương tác nội bộ.

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

Như vậy điều chúng ta cần là gì nếu chúng ta muốn làm việc này trên mức người?

We need a few simple ingredients.

Chúng ta cần có một vài nguyên liệu đơn giản

The first ingredient is materials and geometry,

Nguyên liệu đầu tiên là các vật liệu và hình học,

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

và cần phải kết hợp chặt chẽ với nguồn năng lượng.

And you can use passive energy --

Và bạn có thể sử dụng năng lượng thụ động --

so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.

như là hơi nóng, sự khuấy động, khí nén, trọng lực, từ tính

And then you need smartly designed interactions.

Và sau đó bạn cần các tương tác được thiết kế một cách thông minh.

And those interactions allow for error correction,

Và những tương tác này cho phép việc sửa các sai sót,

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

và chúng cho phép các hình dạng đi từ dạng này đến dáng khác.

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

Nên bây giờ tôi sẽ cho các bạn thấy một số dự án mà chúng tôi đã thực hiện,

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

từ hệ thống một chiều, hai chiều, ba chiều-

and even four-dimensional systems.

và thậm chí là từ hệ thống bốn chiều.

So in one-dimensional systems --

Trong hệ thống một chiều--

this is a project called the self-folding proteins.

đây là một dự án được gọi là protein tự gấp.

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

Và ý tưởng là bạn lấy cấu trúc ba chiều của protein --

in this case it's the crambin protein --

trong trường hợp này là protein Crambin

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

bạn lấy cột trụ-- không có liên kết ngang, không có tương tác thuộc về môi trường--

and you break that down into a series of components.

và bạn bẻ gãy nó thành các chuỗi các phần nhỏ

And then we embed elastic.

Và sau đó chúng ta nhúng đàn hồi.

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

Và khi tôi ném vật này vào trong không khí và bắt nó,

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

nó có cấu trúc ba chiều đầy đủ của protein, tất cả các tính chất phức tạp.

And this gives us a tangible model

Và điều này cho chúng tôi một mô hình hữu cơ

of the three-dimensional protein and how it folds

của protein ba chiều và làm cách nào để nó gấp lại

and all of the intricacies of the geometry.

và tất cả những tính phức tạp của hình học.

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

Do vậy chúng tôi có thể nghiên cứu nó như một mô hình vật lý trực quan.

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

Và chúng tôi cũng đưa điều này vào hệ thống hai chiều--

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

để một tấm phẳng có thể tự gấp lại thành một cấu trúc ba chiều.

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

Trong hệ thống 3 chiều, năm ngoái chúng tôi đã thực hiện một dự án tại TEDGlobal

with Autodesk and Arthur Olson

cùng với Autodesk và Arthur Olson

where we looked at autonomous parts --

chúng tôi đã xem xét các bộ phận tự điều khiển--

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

để các bộ phận riêng lẻ không liên kết sẵn có thể tự tìm đến với nhau.

And we built 500 of these glass beakers.

Và chúng tôi đã làm 500 lọ thủy tinh.

They had different molecular structures inside

Chúng có cấu trúc phân tử khác nhau bên trong

and different colors that could be mixed and matched.

và có màu sắc khác nhau có thể hòa trộn và phù hợp với nhau.

And we gave them away to all the TEDsters.

Và chúng tôi đưa chúng đến cho tất cả các thành viên của TED.

And so these became intuitive models

Và như vậy chúng trở thành những mô hình trực quan

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

để có thể hiểu được cách làm thế nào các phân tử tự lắp ráp hoạt động trong quy mô con người.

This is the polio virus.

Đây là vi-rút gây bệnh bại liệt.

You shake it hard and it breaks apart.

Bạn lắc nó thật mạnh và nó bị gẫy ra.

And then you shake it randomly

Và sau đó bạn lại lắc nó một cách ngẫu nhiên

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

và nó bắt đầu tự sửa và xây dựng cấu trúc của nó.

And this is demonstrating that through random energy,

Và điều này chứng minh rằng thông qua năng lượng ngẫu nhiên,

we can build non-random shapes.

chúng ta có thể xây dựng những hình dạng không hề ngẫu nhiên.

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

Thậm chí chúng tôi có thể chứng minh rằng chúng tôi có thể làm được điều này ở quy mô lớn hơn.

Last year at TED Long Beach,

Năm ngoái tại Hội thảo TED ở Long Beach,

we built an installation that builds installations.

chúng tôi đã chế tạo một thiết bị lắp đặt có thể tạo ra các thiết bị lắp đặt khác.

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

Ý tưởng là, liệu chúng tôi có thể tự lắp đặt các đồ vật nội thất hay không?

So we built a large rotating chamber,

Nên chúng tôi đã thiết kế một chiếc lồng xoay lớn,

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

và mọi người có thể đến và xoay chiếc lồng xoay đó nhanh hơn hoặc chậm hơn,

adding energy to the system

cung cấp năng lượng cho hệ thống

and getting an intuitive understanding of how self-assembly works

và hiểu biết trực quan về việc tự lắp đặt hoạt động như thế nào

and how we could use this

và làm thế nào chúng ta có thể sử dụng chúng

as a macroscale construction or manufacturing technique for products.

như việc xây dựng ở quy mô vĩ mô hoặc các kỹ thuật sản xuất sản phẩm.

So remember, I said 4D.

Xin hãy nhớ rằng, tôi đã nói đến 4 chiều.

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

Hôm nay là lần đầu tiên chúng tôi công bố một dự án mới,

which is a collaboration with Stratasys,

hợp tác với Stratasys,

and it's called 4D printing.

và được gọi là In 4D.

The idea behind 4D printing

Ý tưởng đằng sau của công nghệ in 4D

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

là bạn phải có in 3D đa chất liệu--

so you can deposit multiple materials --

để bạn có thể gửi các chất liệu khác nhau--

and you add a new capability,

và bạn thêm vào một năng lực mới,

which is transformation,

đó là sự biến đổi,

that right off the bed,

ngay lập tức,

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

những phần có thể tự biến đổi trực tiếp từ hình dạng này sang một hình dạng khác.

And this is like robotics without wires or motors.

Và điều này giống như người máy không có dây điện hoặc động cơ.

So you completely print this part,

Nên bạn có thể hoàn toàn in phần này,

and it can transform into something else.

và nó có thể tự biến đổi thành một cái gì đó khác.

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

Chúng tôi cũng đã hợp tác với Autodesk làm một phần mềm mà họ đang phát triển được gọi là Dự án Cyborg.

And this allows us to simulate this self-assembly behavior

Và nó cho phép chúng tôi mô phỏng hành vi tự lắp ráp này

and try to optimize which parts are folding when.

và tối ưu hóa thời điểm những bộ phận đang tự gấp lại.

But most importantly, we can use this same software

Tuy nhiên điều quan trọng nhất đó là chúng tôi có thể sử dụng phần mềm tương tự

for the design of nanoscale self-assembly systems

để thiết kế hệ thống tự lắp ráp ở quy mô na-nô

and human scale self-assembly systems.

và hệ thống tự lắp ráp trên quy mô loài người.

These are parts being printed with multi-material properties.

Đây là những phần được in với tính chất đa nguyên.

Here's the first demonstration.

Đây là bằng chứng đầu tiên.

A single strand dipped in water

Một dây đơn được nhúng dưới nước

that completely self-folds on its own

đã hoàn toàn tự gấp lại

into the letters M I T.

thành chữ M I T

I'm biased.

Tôi đã thiên vị.

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

Đây là một bộ phận khác, một dây đơn, được nhúng dưới một thùng nước lớn hơn

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

và nó đã tự gấp lại thành một khối lập phương, một cấu trúc 3 chiều.

So no human interaction.

Không có sự tương tác của con người.

And we think this is the first time

Và chúng tôi nghĩ rằng đây là lần đầu tiên

that a program and transformation

một chương trình và một sự biến đổi

has been embedded directly into the materials themselves.

đã được nhúng trực tiếp vào bản thân các vật liệu.

And it also might just be the manufacturing technique

Và nó cũng chỉ có thể là kỹ thuật sản xuất

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

cho phép chúng ta đem lại nhiều cơ sở hạ tầng thích ứng hơn trong tương lai.

So I know you're probably thinking,

Tôi biết rằng có lẽ các bạn đang suy nghĩ,

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

ok, rất tốt, nhưng làm thế nào chúng ta sử dụng bất cứ phần nào của chất liệu này cho môi trường xây dựng?

So I've started a lab at MIT,

Tôi đã bắt đầu ở một phòng thí nghiệm ở MIT,

and it's called the Self-Assembly Lab.

và nó được gọi là Phòng Thí Nghiệm Tự Lắp Ráp.

And we're dedicated to trying to develop programmable materials

Và chúng tôi sẵn sàng cố gắng để phát triển các vật liệu có thể lập trình được

for the built environment.

cho môi trường nhân tạo.

And we think there's a few key sectors

Và chúng tôi nghĩ rằng có một số lĩnh vực then chốt

that have fairly near-term applications.

có khá nhiều ứng dụng ngắn hạn.

One of those is in extreme environments.

Một trong số đó là trong môi trường khắc nghiệt.

These are scenarios where it's difficult to build,

Có những bối cảnh rất khó xây dựng,

our current construction techniques don't work,

những kỹ thuật xây dựng hiện nay của chúng ta không làm gì được,

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

quá lớn, quá nguy hiểm, đắt, quá nhiều phần.

And space is a great example of that.

Và không gian là một ví dụ lớn.

We're trying to design new scenarios for space

Chúng tôi đang cố gắng thiết kế một bối cảnh cho không gian

that have fully reconfigurable and self-assembly structures

nơi có những cấu trúc hoàn toàn có thể cấu hình lại và tự lắp ráp

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

có thể đi từ hệ thống chức năng cao từ nơi này đến nơi khác.

Let's go back to infrastructure.

Chúng ta hãy quay lại cơ sở hạ tầng.

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

Về cơ sở hạ tầng, chúng tôi đang làm việc với một công ty bên ngoài Boston được gọi là Geosyntec.

And we're developing a new paradigm for piping.

Và chúng tôi đang phát triển một mô hình ống nước mới.

Imagine if water pipes could expand or contract

Hãy tưởng tưởng rằng các đường ống nước có tểh mở rộng hay thu hẹp

to change capacity or change flow rate,

để thay đổi lưu lượng hay thay đổi tốc độ dòng chảy,

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

hoặc thậm chí có thể uốn lượn như nhu động để tự chuyển động trong nước.

So this isn't expensive pumps or valves.

Vì vậy đây không phải là những máy bơm hay van nước đắt tiền.

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

Đây là ống nước hoàn toàn có thể tự lập trình và thích ứng.

So I want to remind you today

Vì thế hôm nay tôi muốn gợi các bạn nhớ tới

of the harsh realities of assembly in our world.

những thực tế khắc nghiệt của việc lắp ráp trong thế giới của chúng ta.

These are complex things built with complex parts

Đây là những thứ phức tạp với những bộ phận phức tạp

that come together in complex ways.

có thể đến với nhau theo những cách phức tạp.

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

Do đó tôi mong muốn được mời các bạn, những người đến từ bất cứ ngành công nghiệp nào

to join us in reinventing and reimagining the world,

tham gia với chúng tôi trong quá trình tái phát mình và tái tạo hình ảnh của thế giới,

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

làm thế nào mọi thứ có thể tìm đến với nhau, từ mức na-nô đến tầm mắt người,

so that we can go from a world like this

vì vậy chúng ta có thể đi từ một thế giới như hiện nay

to a world that's more like this.

đến một thế giới nhiều hơn thế.

Thank you.

Cảm ơn các bạn.

(Applause)

(Vỗ tay)