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.
Два купола–близнеца, две абсолютно противоположные культуры дизайна. Один состоит из тысячи стальных элементов, другой — из единой шёлковой нити. Один — искусственный, другой — натуральный. Один навязан окружению, другой сам его создаёт. Один придуман для природы, другой придуман ею самой.
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.
Микеланджело говорил, что, глядя на мрамор, он видит фигуры, рвущиеся на свободу. Единственным инструментом Микеланджело был резец. Но живые организмы не вырежешь. Они вырастают. И в самых маленьких единицах жизни — наших клетках — мы несём всю информацию, необходимую другим клеткам для функционирования и размножения.
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.
Инструменты тоже имеют последствия. По крайней мере с начала Индустриальной революции мир дизайна подчиняется законам промышленности и серийного производства. Сборочные конвейеры навязали нам мир, сделанный из частей, ограничили воображение дизайнеров и архитекторов, приучив их думать о своих объектах как о совокупности отдельных частей, у каждой из которых своя функция.
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.
Но в природе вы не найдёте сборок из однородных материалов. Возьмите, например, кожу человека. Кожа лица у нас тонкая, с большими порами. Кожа на спине толще, с маленькими порами. Первая действует, главным образом, как фильтр, другая — как защитный слой, однако это одна и та же кожа: ни частей, ни элементов для сборки. Это система, которая постепенно изменяет свои функции, варьируя эластичность. Этот раздвоенный экран — символ моего раздвоенного мировоззрения, символ раздвоения личности каждого современного дизайнера и архитектора между резцом и геном, между машиной и организмом, между сборкой и ростом, между Генри Фордом и Чарльзом Дарвином. Эти два видения мира, левое и правое полушария мозга, анализ и синтез будут появляться на двух экранах за моей спиной. Моя работа, на самом примитивном уровне, направлена на объединение этих двух мировоззрений, на отдаление от сборки и приближение к росту.
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.
Возможно, вы задаётесь вопросом: «Почему именно сейчас? Почему это не было возможно десять или даже пять лет назад?» Мы переживаем особенный момент в истории, редкий момент, когда слияние четырёх областей даёт дизайнерам доступ к средствам, которыми мы не располагали раньше. Вот эти четыре области: вычислительный дизайн, позволяющий посредством простого кода моделировать сложнейшие формы; аддитивное производство, позволяющее изготавливать части, добавляя материал вместо того, чтобы из него вырезать; инженерия материалов, позволяющая проектирование поведения материалов при высоком разрешении; и наконец, синтетическая биология, позволяющая нам изобретать новые биологические функции, изменяя ДНК. Пересечение этих четырёх областей — вот где творим я и моя команда. Перед вами — интеллект и руки моих студентов.
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.
Мы разрабатываем объекты, предметы, конструкции и инструменты, от огромных по размеру, как, например, эта рука–робот с 24-метровым размахом на движущейся платформе, которая скоро сможет печатать 3D-модели целых зданий, до нанографики, созданной полностью из генно-инженерных микроорганизмов, дающих свет в темноте. Здесь мы переосмыслили машрабию — элемент древней арабской архитектуры — и создали экран, каждое отверстие которого имеет уникальный размер для придания формы проходящим сквозь него свету и теплу.
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.
В нашем следующем проекте мы исследовали возможность моделирования накидки и юбки для показа мод в Париже с Ирис ван Херпен, которые напоминали бы вторую кожу из единого куска, жёсткую по краям, гибкую на талии. Вместе с моим давним коллегой по трёхмерной печати Стратасисом мы напечатали эту накидку с юбкой без швов между клетками, и у меня есть другие подобные предметы. Этот шлем сочетает в себе твёрдые и мягкие материалы в 20-микронном разрешении. Это разрешение человеческого волоса. Такое же разрешение имеет томограф. Тот факт, что дизайнерам доступны аналитические и синтетические устройства такого высокого разрешения, позволяет нам создавать предметы, воспроизводящие не только форму тела, но и физиологическую текстуру наших тканей. Далее мы разработали акустическое кресло, которое одновременно может быть практичным, удобным и звукопоглощающим. С моим коллегой профессором Картером мы обратились к природе за вдохновением и, благодаря разработанной нами неоднородной поверхности, сделали кресло звукопоглощающим. Мы напечатали его поверхность, исходя из 44 различных свойств, варьирующихся по жёсткости, прозрачности и цвету в соответствии с точками давления на теле человека. Эта поверхность, как в природе, обладает различными функциями не в результате добавления или сборки из различных материалов, а как следствие непрерывного и щадящего изменения свойств материала.
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?"
Но идеальна ли природа? Не разделена ли она на части? Я не росла в религиозной еврейской семье, но в детстве моя бабушка рассказывала мне истории из Танаха, одна из которых запала мне в душу и обозначила многие жизненные ценности. Вот её пересказ: «На третий день Творения Бог повелел Земле произрасти дерево плодовитое». И не было у этого первого плодовитого дерева разницы между стволом, ветвями, листьями и плодами. Плодом было всё дерево. Однако у деревьев, растущих из земли, есть кора, стебли и цветы. Земля создала мир, состоящий из частей. Я часто спрашиваю себя: «Во что бы превратился дизайн, если бы предметы состояли из одной лишь части? Вернуло бы это нас к более совершенной стадии творения?»
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 --
Мы стали искать тот библейский материал, из которого было сделано то плодоносное дерево, и нашли его. Второй по распространённости биополимер на планете называется хитин, около 100 миллионов тонн которого ежегодно производится такими организмами, как креветки, крабы, скорпионы и бабочки. Мы подумали, что если нам удастся повлиять на его свойства, мы сможем создавать мультифункциональные структуры из единой части. Так мы и сделали. Мы позвонили в сеть ресторанов «Лигал сифуд»,
(Laughter)
(Смех)
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.
заказали гору панцирей креветок, измельчили их и произвели хитозановую пасту. Путём изменения химических концентраций мы получили широкий спектр свойств — от тёмного, твёрдого и непрозрачного до лёгкого, мягкого и прозрачного. Для печати конструкций большого размера мы построили управляемую роботом экструзионную систему со многими соплами. Робот по ходу изменяет свойства материала и создаёт эту 3,5-метровую пластину, используя один и тот же материал, полностью пригодный для вторичной переработки. Когда куски готовы, они высыхают и обретают естественную форму при взаимодействии с воздухом. Почему мы вообще продолжаем работать с пластмассой? Пузырьки воздуха, образующиеся побочно в процессе печати, были использованы для фотосинтетических микроорганизмов, впервые появившихся на нашей планете 3,5 миллиарда лет назад, как мы выяснили вчера. Совместно с нашими коллегами из Гарварда и МИТ мы ввели туда генетически созданные нами бактерии, способные быстро втягивать углерод из атмосферы и перерабатывать его в сахар. Мы смогли впервые создать структуру, постепенно переходящую из балки в сетку, а при дальнейшем увеличении — в окна. Плодоносное дерево. Работая с таким древним материалом — одной из первых форм жизни на планете, используя много воды и немного синтетической биологии, мы смогли преобразовать структуру из панцирей креветок в архитектуру со свойствами дерева. И самое лучшее в этом — способность биологически разлагаться: поместите такие предметы в море — они накормят морскую фауну, закопайте их в землю — и они помогут вырастить дерево.
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.
Площадкой для нашего следующего исследования по тем же принципам была Солнечная система. Мы исследовали возможность создания жизнеобеспечивающей одежды для межпланетных экспедиций. Для этого нам пришлось удерживать бактерии и управлять их ростом. Мы изобрели свою систему элементов, подобную периодической таблице: новые жизненные формы, компьютерно выращенные, аддитивно произведённые и биологически дополненные. Синтетическую биологию я представляю себе как жидкую алхимию, только вместо трансмутации драгоценных металлов вы синтезируете новые биологические функции внутри микроскопических каналов. Это называется микрофлюидика. Мы печатаем на 3D-принтере собственные каналы для управления потоком этих жидких бактериальных культур. В первой созданной нами одежде мы соединили два микроорганизма. Первым была цианобактерия. Она обитает в океанах и пресных водоёмах. Вторая — кишечная палочка — находится в кишечнике человека. Одна преобразует свет в сахар, другая поглощает этот сахар и производит биожидкости, полезные для искусственной среды. Эти два микроорганизма никогда не взаимодействуют в природе. Они даже никогда не встречались. Здесь же их произвели впервые для взаимодействия внутри одежды. Посмотрите на это не как на эволюцию в результате естественного отбора, а как на сознательную эволюцию. Для удержания этого взаимодействия мы создали единый канал, напоминающий пищеварительный тракт, который помогает потоку бактерий и попутно воздействует на них. Затем мы начали выращивать такие каналы на теле человека, изменяя свойства материи согласно желаемым функциям. Там, где нужно было больше фотосинтеза, мы сделали каналы более прозрачными. Эта пищеварительная система для носки, растянутая от одного края до другого, покрывает расстояние в 60 метров. Это половина футбольного поля и 10-кратная протяжённость нашего тонкого кишечника. И вот перед вами впервые представленная на TED наша первая фотосинтетическая модель — светящиеся жизнью каналы с жидкостью внутри одежды.
(Applause)
(Аплодисменты)
Thank you.
Спасибо.
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.
Мэри Шелли сказала: «Мы — незавершённые создания, сделанные лишь наполовину». Что, если дизайн смог бы позаботиться о другой половине? Что, если мы смогли бы создать структуры, дополняющие живые материи? Что, если бы мы могли создать персональные микробиомы, сканирующие нашу кожу, восстанавливающие повреждённые ткани и поддерживающие наши тела? Взгляните на это как на подредактированную биологию. Вся эта коллекция «Странники», названная именами планет, была для меня не столько претензией на моду, сколько возможностью вообразить себе будущее нашего вида на этой планете и за её пределами, сочетать достижения науки с атмосферой таинственности и перейти от эры машин к эре симбиоза наших тел, микроорганизмов, которые нас населяют, наших продуктов и даже наших зданий. Я называю это материальной экологией.
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.
Для этого нам необходимо возвратиться к природе. Сейчас, как известно, 3D-принтер печатает материалы по слоям. Но мы знаем, что в природе это не так. Всё вырастает. Становится всё более изощрённым. Этот кокон шелкопряда, например, представляет собой крайне сложную архитектуру — дом, внутри которого происходит превращение. Современные аддитивные производства даже не приближаются к такому уровню сложности. Это достигается сочетанием даже не двух материалов, а двух белков в различной концентрации. Один служит строительной основой, другой — клеем или матрицей, удерживающей волокна вместе. И всё происходит в разных масштабах. Сначала шелкопряд закрепляется в определённом месте, натягивая основу, а затем начинает наматывать плотно сжатый кокон. Напряжение и сжатие — две жизненные силы, проявляющиеся в одном материале.
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.
Для того, чтобы лучше понять, как протекает этот сложный процесс, мы приклеили крошечный редкоземельный магнит к прядильным железам на голове шелкопряда. Мы поместили его в коробку с магнитными датчиками, что позволило нам создать это трёхмерное точечное облако и показать сложнейшую архитектуру кокона шелкопряда. Однако когда мы положили шелкопряда на плоскую поверхность, а не внутрь коробки, мы обнаружили, что он плетёт плоский кокон и метаморфоза всё равно происходит. Тогда мы начали создавать различные среды, различные остовы и обнаружили, что форма, состав и структура кокона напрямую диктуются окружающими условиями.
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.
Часто шелкопрядов варят заживо внутри коконов, затем их шёлк разматывают и используют в текстильной промышленности. Мы сообразили, что с такой технологией мы сможем получать сырой шёлк, не убивая шелкопрядов кипятком.
(Applause)
(Аплодисменты)
They would healthily metamorphisize, and we would be able to create these things.
Превращение произойдёт успешно, а мы сможем создать все эти вещи.
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.
Так что мы увеличили масштаб процесса до архитектурных размеров. Мы подключили робота для наматывания образца из шёлка и поместили его на нашу площадку. Мы знали, что шелкопряды тяготеют к более тёмным и прохладным зонам, и воспользовались траекториями солнца для выявления распределения света и тепла на нашей конструкции. После этого мы сделали отверстия для задержки лучей света и тепла, чтобы распределить шелкопрядов по всей конструкции.
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.
Мы были готовы к прибытию гусениц. Мы заказали 6 500 шелкопрядов на сайте шелкопрядной фермы. После четырёх недель откармливания они были готовы для наматывания шёлка. Мы осторожно поместили их на нижний край сетки, и по мере наматывания они окукливались, совокуплялись, откладывали яички, и жизнь начиналась вновь и вновь — как у нас, но намного, намного короче.
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.
Баки Фуллер сказал, что напряжение — это великая целостность, и он был прав. По мере того, как биологический шёлк наматывается на шёлк, созданный роботом, весь павильон обретает свою целостность. И за две–три недели 6 500 шелкопрядов наматывают 6 500 км. Удивительное совпадение: это также протяжённость Великого шёлкового пути. Бабочка шелкопряда после вылупления откладывает 1,5 миллиона яиц. Их можно использовать для постройки ещё 250 павильонов.
So here they are, the two worldviews. One spins silk out of a robotic arm, the other fills in the gaps.
Так что вот они — два мировоззрения. Одно наматывает шёлк рукой робота, другое заполняет пустоты.
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.
Если последнее слово в дизайне — это оживлять предметы и здания вокруг нас, формировать двухстороннюю экологию, то дизайнеры должны объединить эти два мировоззрения. Что опять же возвращает нас к началу. Перед вами новая эра в дизайне, новая эпоха в творчестве, которая уведёт нас от дизайна, вдохновлённого природой, к природе, входновлённой дизайном. А для этого от нас впервые потребуется послужить матерью природе.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)
Thank you very much. Thank you.
Огромное вам спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)