Two twin domes, two radically opposed design cultures. One is made of thousands of steel parts, the other of a single silk thread. One is synthetic, the other organic. One is imposed on the environment, the other creates it. One is designed for nature, the other is designed by her.
Due cupole gemelle, due culture del design radicalmente opposte. Una è composta da migliaia di parti in acciaio, l'altra da un unico filo di seta. Una è sintetica, l'altra è organica. Una si impone sull'ambiente, l'altra lo crea. Una è progettata per la natura, l'altra è creata da lei.
Michelangelo said that when he looked at raw marble, he saw a figure struggling to be free. The chisel was Michelangelo's only tool. But living things are not chiseled. They grow. And in our smallest units of life, our cells, we carry all the information that's required for every other cell to function and to replicate.
Michelangelo diceva che quando guardava il marmo grezzo, vedeva una figura lottare per essere libera. Lo scalpello era l'unico attrezzo di Michelangelo. Ma gli esseri viventi non vengono scolpiti. Crescono. E nelle nostre unità viventi più piccole, le cellule, ci sono tutte le informazioni necessarie ad ogni altra cellula per funzionare e riprodursi.
Tools also have consequences. At least since the Industrial Revolution, the world of design has been dominated by the rigors of manufacturing and mass production. Assembly lines have dictated a world made of parts, framing the imagination of designers and architects who have been trained to think about their objects as assemblies of discrete parts with distinct functions.
Anche gli oggetti hanno conseguenze. Almeno dalla Rivoluzione industriale, il mondo del design è stato dominato dal rigore della manifattura e della produzione in serie. Le catene di montaggio hanno imposto un mondo fatto di parti, inquadrando l'immaginazione di designer e architetti che sono stati educati a concepire i loro oggetti come assemblaggi di componenti con funzioni distinte.
But you don't find homogenous material assemblies in nature. Take human skin, for example. Our facial skins are thin with large pores. Our back skins are thicker, with small pores. One acts mainly as filter, the other mainly as barrier, and yet it's the same skin: no parts, no assemblies. It's a system that gradually varies its functionality by varying elasticity. So here this is a split screen to represent my split world view, the split personality of every designer and architect operating today between the chisel and the gene, between machine and organism, between assembly and growth, between Henry Ford and Charles Darwin. These two worldviews, my left brain and right brain, analysis and synthesis, will play out on the two screens behind me. My work, at its simplest level, is about uniting these two worldviews, moving away from assembly and closer into growth.
Ma non esistono in natura insiemi omogenei di materiali. Pensiamo alla pelle umana, ad esempio. La pelle del viso è sottile con grandi pori. La pelle sulla schiena è più spessa, con piccoli pori. L'una agisce prevalentemente da filtro, l'altra principalmente come barriera, eppure si tratta sempre di pelle: nessuna parte, nessun assemblaggio. È un sistema la cui funzionalità varia gradualmente tramite variazioni di elasticità. Abbiamo uno schermo scisso che rappresenta la mia visione del mondo scissa, la personalità scissa di ogni designer e architetto del giorno d'oggi diviso tra lo scalpello e il gene, tra la macchina e l'organismo, tra il montaggio e la crescita, tra Henry Ford e Charles Darwin. Queste due visioni del mondo, l'emisfero destro e il sinistro, l'analisi e la sintesi, scorreranno sullo schermo alle mie spalle. Il mio lavoro, di base, si occupa di unire queste due visioni del mondo, allontanandosi dal concetto di assemblaggio e avvicinandosi a quello di crescita.
You're probably asking yourselves: Why now? Why was this not possible 10 or even five years ago? We live in a very special time in history, a rare time, a time when the confluence of four fields is giving designers access to tools we've never had access to before. These fields are computational design, allowing us to design complex forms with simple code; additive manufacturing, letting us produce parts by adding material rather than carving it out; materials engineering, which lets us design the behavior of materials in high resolution; and synthetic biology, enabling us to design new biological functionality by editing DNA. And at the intersection of these four fields, my team and I create. Please meet the minds and hands of my students.
Probabilmente vi starete chiedendo: Perché proprio adesso? Perché non dieci o addirittura cinque anni fa? Viviamo in un periodo storico molto speciale, un periodo raro, un periodo in cui la confluenza di 4 campi sta fornendo ai designer degli strumenti che mai prima d'ora avevamo avuto a disposizione. Questi campi sono il design computazionale, che ci permette di creare forme complesse partendo da semplici formule; la produzione additiva, che ci consente di produrre parti aggiungendo materiale invece di sottrarlo; l'ingegneria dei materiali, che studia il comportamento dei materiali in alta definizione; e la biologia sintetica, che ci permette di dare vita a nuove funzionalità biologiche agendo sul DNA. All'incrocio tra questi quattro campi, io e il mio team creiamo. Ecco a voi le menti e le mani dei miei studenti.
We design objects and products and structures and tools across scales, from the large-scale, like this robotic arm with an 80-foot diameter reach with a vehicular base that will one day soon print entire buildings, to nanoscale graphics made entirely of genetically engineered microorganisms that glow in the dark. Here we've reimagined the mashrabiya, an archetype of ancient Arabic architecture, and created a screen where every aperture is uniquely sized to shape the form of light and heat moving through it.
Progettiamo oggetti e prodotti e strutture e attrezzi in qualsiasi scala, dalle dimensioni più grandi, come questo braccio robotico in grado di allungarsi fino a 24 metri con un supporto veicolare che un giorno stamperà in 3D interi edifici, a grafici su scala nanometrica composti da microorganismi geneticamente modificati che brillano al buio. Qui abbiamo reinventato la mashrabiya, un archetipo di architettura araba antica, e abbiamo creato uno schermo in cui ogni fessura è diversa da tutte le altre per dare forma alla luce e al calore che vi si muovono attraverso.
In our next project, we explore the possibility of creating a cape and skirt -- this was for a Paris fashion show with Iris van Herpen -- like a second skin that are made of a single part, stiff at the contours, flexible around the waist. Together with my long-term 3D printing collaborator Stratasys, we 3D-printed this cape and skirt with no seams between the cells, and I'll show more objects like it. This helmet combines stiff and soft materials in 20-micron resolution. This is the resolution of a human hair. It's also the resolution of a CT scanner. That designers have access to such high-resolution analytic and synthetic tools, enables to design products that fit not only the shape of our bodies, but also the physiological makeup of our tissues. Next, we designed an acoustic chair, a chair that would be at once structural, comfortable and would also absorb sound. Professor Carter, my collaborator, and I turned to nature for inspiration, and by designing this irregular surface pattern, it becomes sound-absorbent. We printed its surface out of 44 different properties, varying in rigidity, opacity and color, corresponding to pressure points on the human body. Its surface, as in nature, varies its functionality not by adding another material or another assembly, but by continuously and delicately varying material property.
Nel nostro progetto successivo abbiamo esplorato la possibilità di creare una gonna e un mantello – questi erano per una sfilata di moda a Parigi con Iris van Herpen – che facessero da seconda pelle costituiti da un'unica parte rigida all'esterno, morbida intorno alla vita. Insieme a Stratasys, il mio collaboratore di vecchia data per le stampe 3D, abbiamo stampato in 3D mantello e gonna senza utilizzare cuciture, e vi mostrerò altri oggetti come questo. Questo casco combina materiali rigidi e morbidi con una risoluzione di 20 micron. Questa è la risoluzione di un pelo umano. È anche la risoluzione di uno scanner CT. I designer hanno accesso a strumenti analitici e sintetici ad alta risoluzione tali da permettere loro di creare oggetti adattabili non solo al corpo umano ma anche alla struttura fisiologica dei tessuti umani. In seguito, progettammo una sedia acustica, una sedia che fosse allo stesso tempo strutturale, comoda ed assorbisse il suono. Io e il mio collaboratore Prof. Carter cercammo ispirazione nella natura, ed è proprio grazie a questa superficie irregolare che la sedia diventa fonoassorbente. Abbiamo stampato la superficie combinando 44 diverse proprietà, diverse per rigidità, opacità e colore, che riproducono i punti sensoriali del corpo umano. La sua superficie, come in natura, varia la propria funzionalità non per aggiunta di un altro materiale o di un altro pezzo, bensì variando in modo continuo e impercettibile la proprietà del materiale.
But is nature ideal? Are there no parts in nature? I wasn't raised in a religious Jewish home, but when I was young, my grandmother used to tell me stories from the Hebrew Bible, and one of them stuck with me and came to define much of what I care about. As she recounts: "On the third day of Creation, God commands the Earth to grow a fruit-bearing fruit tree." For this first fruit tree, there was to be no differentiation between trunk, branches, leaves and fruit. The whole tree was a fruit. Instead, the land grew trees that have bark and stems and flowers. The land created a world made of parts. I often ask myself, "What would design be like if objects were made of a single part? Would we return to a better state of creation?"
Ma la natura è perfetta? È vero che non esistono parti in natura? Non sono cresciuta in una famiglia ebraica osservante, ma quando ero ragazza, mia nonna mi raccontava storie dalla Bibbia ebraica, e una di queste mi colpì e finì per definire quasi tutto ciò di cui mi occupo. Raccontava mia nonna: "Il terzo giorno della Creazione, Dio ordina alla terra di produrre un albero da frutta carico di frutti." In questo primo albero da frutta, non ci doveva essere distinzione tra tronco, rami, foglie e frutti. L'intero albero era un frutto. Invece, la terra produce alberi che hanno corteccia, fusto, fiori. La terra ha creato un mondo fatto di parti. Mi chiedo spesso, "Come sarebbe il design se ogni oggetto fosse costituito da una singola parte? Ritorneremmo al mondo della creazione?"
So we looked for that biblical material, that fruit-bearing fruit tree kind of material, and we found it. The second-most abundant biopolymer on the planet is called chitin, and some 100 million tons of it are produced every year by organisms such as shrimps, crabs, scorpions and butterflies. We thought if we could tune its properties, we could generate structures that are multifunctional out of a single part. So that's what we did. We called Legal Seafood --
Quindi cercammo quel materiale biblico, quello dell'albero da frutta carico di frutti, e lo trovammo. Il secondo polimero organico più abbondante in natura è la chitina, della quale 100 milioni di tonnellate vengono prodotte ogni anno da organismi quali gamberi, granchi, scorpioni e farfalle. Pensammo che modificando le sue proprietà, avremmo potuto creare strutture multifunzionali costituite da un'unica parte. Ed è ciò che abbiamo fatto. Contattammo Legal Sea Foods –
(Laughter)
(Risate)
we ordered a bunch of shrimp shells, we grinded them and we produced chitosan paste. By varying chemical concentrations, we were able to achieve a wide array of properties -- from dark, stiff and opaque, to light, soft and transparent. In order to print the structures in large scale, we built a robotically controlled extrusion system with multiple nozzles. The robot would vary material properties on the fly and create these 12-foot-long structures made of a single material, 100 percent recyclable. When the parts are ready, they're left to dry and find a form naturally upon contact with air. So why are we still designing with plastics? The air bubbles that were a byproduct of the printing process were used to contain photosynthetic microorganisms that first appeared on our planet 3.5 billion year ago, as we learned yesterday. Together with our collaborators at Harvard and MIT, we embedded bacteria that were genetically engineered to rapidly capture carbon from the atmosphere and convert it into sugar. For the first time, we were able to generate structures that would seamlessly transition from beam to mesh, and if scaled even larger, to windows. A fruit-bearing fruit tree. Working with an ancient material, one of the first lifeforms on the planet, plenty of water and a little bit of synthetic biology, we were able to transform a structure made of shrimp shells into an architecture that behaves like a tree. And here's the best part: for objects designed to biodegrade, put them in the sea, and they will nourish marine life; place them in soil, and they will help grow a tree.
ordinammo una grande quantità di gusci di gamberetti, li polverizzammo e producemmo un impasto di chitosano. Variando le concentrazioni chimiche, riuscimmo ad ottenere una vasta gamma di proprietà – dallo scuro, rigido e opaco, al chiaro, morbido e trasparente. Per stampare le strutture su larga scala, costruimmo un sistema di estrusione a ugelli multipli con controllo robotico. Il robot varia direttamente le proprietà del materiale e crea queste strutture lunghe quasi 4 metri, formate da un unico materiale, riciclabile al 100%. Quando le parti sono pronte, sono lasciate ad asciugare e, a contatto con l'aria, assumono la loro forma naturale. Allora perché ci ostiniamo a progettare oggetti di plastica? Le bolle d'aria prodotte collateralmente al processo di stampa furono usate per contenere microorganismi fotosintetici apparsi per la prima volta sulla Terra 3,5 miliardi di anni fa, come abbiamo imparato ieri. Insieme ai nostri collaboratori ad Harvard e al MIT, incorporammo batteri ingegnerizzati geneticamente che catturassero rapidamente il carbonio dall'atmosfera e lo trasformassero in zucchero. Per la prima volta eravamo in grado di creare strutture che potessero passare direttamente da trave a rete, e se di dimensioni maggiori, persino finestre. Un albero da frutta con frutti. Lavorando con un materiale antico, una delle prime forme di vita sul pianeta, tanta acqua e un pizzico di biologia sintetica, siamo riusciti a trasformare una struttura fatta di gusci di gamberetti in un'architettura che si comporta come un albero. Ed ecco la parte migliore: sono oggetti biodegradabili, quindi mettili in mare, e faranno da nutrimento alla vita marina; piantali nel suolo, e aiuteranno a far crescere un albero.
The setting for our next exploration using the same design principles was the solar system. We looked for the possibility of creating life-sustaining clothing for interplanetary voyages. To do that, we needed to contain bacteria and be able to control their flow. So like the periodic table, we came up with our own table of the elements: new lifeforms that were computationally grown, additively manufactured and biologically augmented. I like to think of synthetic biology as liquid alchemy, only instead of transmuting precious metals, you're synthesizing new biological functionality inside very small channels. It's called microfluidics. We 3D-printed our own channels in order to control the flow of these liquid bacterial cultures. In our first piece of clothing, we combined two microorganisms. The first is cyanobacteria. It lives in our oceans and in freshwater ponds. And the second, E. coli, the bacterium that inhabits the human gut. One converts light into sugar, the other consumes that sugar and produces biofuels useful for the built environment. Now, these two microorganisms never interact in nature. In fact, they never met each other. They've been here, engineered for the first time, to have a relationship inside a piece of clothing. Think of it as evolution not by natural selection, but evolution by design. In order to contain these relationships, we've created a single channel that resembles the digestive tract, that will help flow these bacteria and alter their function along the way. We then started growing these channels on the human body, varying material properties according to the desired functionality. Where we wanted more photosynthesis, we would design more transparent channels. This wearable digestive system, when it's stretched end to end, spans 60 meters. This is half the length of a football field, and 10 times as long as our small intestines. And here it is for the first time unveiled at TED -- our first photosynthetic wearable, liquid channels glowing with life inside a wearable clothing.
Lo sfondo della nostra seguente ricerca basata sugli stessi principi di design fu il sistema solare. Studiammo come creare vestiti che incorporassero materia vivente per viaggi interplanetari. A questo scopo, avevamo bisogno di imprigionare i batteri e controllarli. Così come con la tavola periodica, creammo la nostra tavola degli elementi: nuove forme di vita coltivate sullo schermo di un computer, prodotte additivamente e cresciute biologicamente. Mi piace definire la biologia sintetica "alchimia liquida", solo che al posto di trasmutare metalli preziosi, si sintetizzano nuove funzionalità biologiche in canali piccolissimi. Si chiama microfluidica. Stampammo in 3D i nostri canali per poter controllare il flusso di queste colture batteriche liquide. Nel nostro primo capo di abbigliamento, combinammo due microorganismi. Il primo è il cianobatterio. Vive negli oceani e nei bacini d'acqua dolce. E il secondo, E. coli, il batterio che risiede nell'intestino umano. L'uno trasforma la luce in zucchero, l'altro consuma questo zucchero e produce biocarburante utile per l'ambiente creato. Questi due microorganismi non interagiscono mai in natura. Infatti, non si incontrano mai. Si sono incontrati qui, programmati per la prima volta per relazionarsi all'interno di un capo d'abbigliamento. Pensatela come se fosse un'evoluzione non per selezione naturale, bensì operata dal design. Per poter ospitare queste relazioni, creammo un unico canale simile al tratto digerente, che aiuta a far circolare questi batteri mentre ne altera la funzionalità. In seguito iniziammo a far crescere questi canali sul corpo umano, variando le proprietà dei materiali secondo la funzionalità desiderata. Dove volevamo più fotosintesi, progettavamo canali più trasparenti. Questo sistema digerente indossabile, se disteso in tutta la sua lunghezza, misura 60 metri. Equivale a metà della lunghezza di un campo da calcio, ed è lungo 10 volte il nostro intestino tenue. Presentiamo ora per la prima volta al palco del TED – il nostro primo Wearable fotosintetico, con canali liquidi che brillano di vita dentro a un indumento indossabile.
(Applause)
(Applausi)
Thank you.
Grazie.
Mary Shelley said, "We are unfashioned creatures, but only half made up." What if design could provide that other half? What if we could create structures that would augment living matter? What if we could create personal microbiomes that would scan our skins, repair damaged tissue and sustain our bodies? Think of this as a form of edited biology. This entire collection, Wanderers, that was named after planets, was not to me really about fashion per se, but it provided an opportunity to speculate about the future of our race on our planet and beyond, to combine scientific insight with lots of mystery and to move away from the age of the machine to a new age of symbiosis between our bodies, the microorganisms that we inhabit, our products and even our buildings. I call this material ecology.
Mary Shelley ha detto, "Siamo creature rozze, complete solo in parte." E se il design potesse fornirci la parte mancante? E se potessimo creare strutture che aumentino la materia vivente? E se potessimo creare microbiomi personali che scansionino la pelle umana, riparino tessuti danneggiati e sostengano il nostro corpo? Pensatela come se fosse una forma di biologia perfezionata. Questa intera collezione, Wanderers, dai nomi ispirati ai pianeti, non riguarda a mio parere la moda in sé, ma ci ha dato l'opportunità di meditare sul futuro del nostro percorso su questo pianeta e non solo, di unire l'analisi scientifica e molto mistero e di abbandonare l'era della macchina per una nuova era di simbiosi tra il nostro corpo, i microorganismi che vi abitano, i nostri prodotti e persino gli edifici. Lo chiamo ecologia materiale.
To do this, we always need to return back to nature. By now, you know that a 3D printer prints material in layers. You also know that nature doesn't. It grows. It adds with sophistication. This silkworm cocoon, for example, creates a highly sophisticated architecture, a home inside which to metamorphisize. No additive manufacturing today gets even close to this level of sophistication. It does so by combining not two materials, but two proteins in different concentrations. One acts as the structure, the other is the glue, or the matrix, holding those fibers together. And this happens across scales. The silkworm first attaches itself to the environment -- it creates a tensile structure -- and it then starts spinning a compressive cocoon. Tension and compression, the two forces of life, manifested in a single material.
Per fare ciò, abbiamo sempre bisogno di tornare alla natura. Fino ad ora, sappiamo che una stampante 3D stampa materiali a strati. Sappiamo anche che la natura non lo fa. Cresce. Aumenta la complessità. Questo baco da seta, ad esempio, crea una struttura altamente sofisticata, una casa dove compiere la metamorfosi. Non c'è produzione additiva oggi che si avvicini a questo grado di complessità. Ci riesce combinando non due materiali, bensì due proteine in diverse concentrazioni. Una fa da struttura, l'altra è la colla, o la matrice, che tiene unite tali fibre. E questo accade a tutti i livelli. Il baco da seta per prima cosa si attacca all'ambiente – crea una struttura tensile – poi inizia a tessere un bozzolo compressivo. Tensione e compressione, le due forze vitali, compaiono in un unico materiale.
In order to better understand how this complex process works, we glued a tiny earth magnet to the head of a silkworm, to the spinneret. We placed it inside a box with magnetic sensors, and that allowed us to create this 3-dimensional point cloud and visualize the complex architecture of the silkworm cocoon. However, when we placed the silkworm on a flat patch, not inside a box, we realized it would spin a flat cocoon and it would still healthily metamorphisize. So we started designing different environments, different scaffolds, and we discovered that the shape, the composition, the structure of the cocoon, was directly informed by the environment.
Per capire meglio come funziona questo processo così complesso, incollammo un piccolo magnete di terre alla testa di un baco da seta, alla filiera. Lo posizionammo in una scatola con sensori magnetici, il che ci ha permesso di creare questo cloud tridimensionale e di visualizzare la complessa struttura del bozzolo del baco da seta. Quando collocammo il baco su una superficie piana però, non all'interno di una scatola, ci accorgemmo che produceva un bozzolo piatto pur sempre compiendo la metamorfosi normalmente. Così iniziammo a creare diversi ambienti, diverse strutture, e scoprimmo che la forma, la composizione, la struttura del bozzolo, era influenzata direttamente dall'ambiente.
Silkworms are often boiled to death inside their cocoons, their silk unraveled and used in the textile industry. We realized that designing these templates allowed us to give shape to raw silk without boiling a single cocoon.
I bozzoli vengono spesso immersi in acqua bollente per uccidere i bachi, dipanati per ricavarne la seta utilizzata nell'industria tessile. Notammo che realizzando queste strutture, potevamo dare forma alla seta senza dover bollire i singoli bozzoli.
(Applause)
(Applausi)
They would healthily metamorphisize, and we would be able to create these things.
La metamorfosi avviene normalmente, e noi possiamo creare queste cose.
So we scaled this process up to architectural scale. We had a robot spin the template out of silk, and we placed it on our site. We knew silkworms migrated toward darker and colder areas, so we used a sun path diagram to reveal the distribution of light and heat on our structure. We then created holes, or apertures, that would lock in the rays of light and heat, distributing those silkworms on the structure.
Così abbiamo portato questo processo su scala architettonica. Abbiamo utilizzato un robot per realizzare una struttura in seta, e l'abbiamo posizionata in un atrio. Sapevamo che i bachi da seta si muovono verso zone più scure e fredde, così usammo un diagramma solare per mostrare la distribuzione di luce e calore sulla struttura. Creammo quindi buchi, o aperture, che intrappolassero la luce e il calore, distribuendo i bachi sulla struttura.
We were ready to receive the caterpillars. We ordered 6,500 silkworms from an online silk farm. And after four weeks of feeding, they were ready to spin with us. We placed them carefully at the bottom rim of the scaffold, and as they spin they pupate, they mate, they lay eggs, and life begins all over again -- just like us but much, much shorter.
Eravamo pronti a ricevere i bruchi. Ordinammo 6.500 bachi da seta da una seteria online. Dopo averli nutriti per quattro settimane, erano pronti a filare per noi. Li posizionammo con cura sul bordo inferiore della struttura, e filando s'impupano, si accoppiano, depongono le uova, e la vita ricomincia daccapo – come quella umana, ma molto più in fretta.
Bucky Fuller said that tension is the great integrity, and he was right. As they spin biological silk over robotically spun silk, they give this entire pavilion its integrity. And over two to three weeks, 6,500 silkworms spin 6,500 kilometers. In a curious symmetry, this is also the length of the Silk Road. The moths, after they hatch, produce 1.5 million eggs. This could be used for 250 additional pavilions for the future.
Bucky Fuller diceva che la tensione è la grande integrità, e aveva ragione. Filando seta biologica su seta filata da un robot, conferiscono a questo intero padiglione la sua integrità. E nel giro di due-tre settimane, 6.500 bachi da seta filano 6.500 chilometri di seta. In un curioso parallelismo, questa è anche la lunghezza della via della seta. Le falene, dopo essere uscite dal bozzolo, producono 1,5 milioni di uova. Queste potrebbero essere usate per 250 ulteriori padiglioni in futuro.
So here they are, the two worldviews. One spins silk out of a robotic arm, the other fills in the gaps.
Ed eccole qui, le due visioni del mondo. L'una tesse la seta tramite un braccio robotico, l'altra riempe i buchi.
If the final frontier of design is to breathe life into the products and the buildings around us, to form a two-material ecology, then designers must unite these two worldviews. Which brings us back, of course, to the beginning. Here's to a new age of design, a new age of creation, that takes us from a nature-inspired design to a design-inspired nature, and that demands of us for the first time that we mother nature.
Se l'ultima frontiera del design è di infondere vita negli oggetti e negli edifici che ci circondano, per creare un'ecologia bi-materiale, allora i designer devono unire queste due visioni del mondo. Il che ci riporta, naturalmente, al principio. Siamo giunti a una nuova era del design, una nuova era della creazione, che ci porta da un design ispirato alla natura ad una natura ispirata al design, e per la prima volta siamo chiamati a fare da madre alla natura.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)
Thank you very much. Thank you.
Vi ringrazio molto. Grazie.
(Applause)
(Applausi)