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.
Två tvillingkupoler, två radikalt olika designkulturer. En är gjort av tusentals delar av stål, den andra av en enda silkestråd. En är syntetisk, den andra organisk. En tvingar sig på omgivningen, den andra skapar den. En är designad för naturen, den andra designad av henne.
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 sa att när han såg på rå marmor såg han en varelse som kämpade för att komma loss. Stämjärnet var Michelangelos enda verktyg. Men levande saker hackas inte fram. De växer. Och i våra minsta livsenheter, våra celler, bär vi all information som behövs för att varje annan cell ska fungera och kopiera sig själv.
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.
Verktyg har också konsekvenser. Sen den industriella revolutionen har designvärlden dominerats av de stränga reglerna för tillverkning och massproduktion. Löpande band har skapat en värld gjord av delar, har format fantasin hos designers och arkitekter så att de har lärt sig tänka på sina produkter som montage av enskilda delar med separata funktioner.
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.
Men man hittar inte homogena montage av material i naturen. Ta mänsklig hud, till exempel. Vår ansiktshud är tunn, med stora porer. Vår hud på ryggen är tjockare, med mindre porer. Den ena agerar mest som ett filter, den andra mest som en barriär, och ändå är det samma hud: inga delar, inga montage. Det är ett system som gradvis varierar sin funktion genom olika elasticitet. Här är en uppdelad skärm som visar min uppdelade världsbild, personlighetsklyvningen hos varje designer och arkitekt idag, mellan stämjärnet och genen, mellan maskinen och organismen, mellan löpande band och tillväxt, mellan Henry Ford och Charles Darwin. Dessa två sätt att se på världen, vänster och höger hjärnhalva, analys och syntes, kommer att synas på de två skärmarna bakom mig. Mitt arbete, på den enklaste nivån, handlar om att ena de här två synsätten, om att förflytta sig från det löpande bandet och komma närmare tillväxt.
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.
Ni frågar er förmodligen: Varför nu? Varför var inte det här möjligt för tio eller ens fem år sedan? Vi lever i en väldigt speciell tid i historien, en sällsynt tid, en tid där mötet mellan fyra fält ger designers tillgång till verktyg vi aldrig har haft tillgång till förut. Fälten är datorstödd design, som tillåter oss att designa komplexa former med enkel kod; friformsframställning, som låter oss framställa delar genom att lägga till material snarare än att skära ut det; materialteknik, som låter oss designa hur material beter sig med hög precision; och syntetisk biologi, som låter oss designa nya biologiska funktioner genom att förändra DNA. Och i skärningspunkten mellan de här fyra fälten skapar mitt team och jag. Här ska ni få möta mina studenters tankar och händer.
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.
Vi designar föremål, produkter, strukturer och verktyg i alla storlekar, från det största formatet, som den här robotarmen som når 25 meter, med ett fordon i botten, som en dag kommer att skriva ut hela byggnader, till grafik i nanoskala, helt gjord av genetiskt modifierade mikroorganismer som lyser i mörkret. Här har vi omskapat en mashrabiya, en arketyp från forntida arabisk arkitektur, och skapade en skärm där varje glugg är lika stor för att forma ljuset och värmen som passerar igenom den.
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.
I vårt nästa projekt utforskar vi möjligheten att skapa en cape och kjol - den här var till en modeshow i Paris med Iris van Herpen - som en andra hud, gjord i ett enda stycke, stel i kanterna, böjlig runt midjan. Tillsammans med Stratasys, min långvariga partner inom 3D-printing, skrev vi ut capen och kjolen utan några sömmar mellan cellerna, och jag kommer att visa flera liknande föremål. Den här hjälmen kombinerar hårda och mjuka material med en upplösning på 20 mikrometer. Det här är ett mänskligt hårstrå i extrem närbild. Det är upplösningen hos en CT-scanner. Att designers har tillgång till sådana precisa analys- och syntesverktyg ger dem möjlighet att skapa produkter som passar inte bara kroppens form, utan också de fysiska egenskaperna hos våra vävnader. Efter det designade vi en akustisk stol, en stol som på en gång kunde vara strukturell, bekväm och som också skulle absorbera ljud. Min samarbetspartner professor Carter och jag vände oss till naturen för att få inspiration, och genom att designa ett sånt här oregelbundet ytmönster så kan den absorbera ljud. Vi skrev ut dess yta utifrån 44 olika egenskaper, som varierade i hållfasthet, opacitet och färg som hörde ihop med tryckpunkter på människokroppen. Ytan varierar sin funktion, på samma sätt som i naturen, inte genom att lägga till ett material, eller ett montage av ämnen, utan genom att med små medel ständigt förändra materialets egenskaper.
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?"
Men är naturen perfekt? Har naturen inga tredjepartsprodukter? Jag växte inte upp i ett religiöst judiskt hem, men när jag var liten brukade min mormor berätta historier från den hebreiska bibeln för mig, och en av dem stannade hos mig och kom att stå för mycket av vad jag bryr mig om. Hon berättade så här: "På skapelsens tredje dag uppmanar Gud jorden att låta ett fruktbärande träd växa." I detta första fruktträd fanns det ingen skillnad mellan stam, grenar, löv och frukt. Hela trädet var en frukt. Sedan började det istället växa träd på jorden som har bark och stammar och blommor. Jorden skapade en värld gjord av delar. Jag frågar mig ofta, "Hur skulle design vara om föremål var gjorda av en enda del? Skulle vi bli en bättre skapelse igen?"
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 --
Så vi letade efter bibliskt material, det där materialet som var som ett fruktbärande fruktträd, och vi hittade det. Den näst vanligaste biopolymeren på vår planet heter kitin, och ungefär 100 miljoner ton av det produceras varje år av organismer som räkor, krabbor, skorpioner och fjärilar. Om vi kunde justera dess egenskaper skulle vi kunna generera strukturer som är multifunktionella från ett enda stycke. Så vi gjorde det. Vi ringde Legal Seafood -
(Laughter)
(Skratt)
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.
och beställde en massa räkskal, sen malde vi dem och producerade kitinpasta. Genom att variera koncentrationer hos kemiska ämnen kunde vi åstadkomma en stor mängd olika egenskaper - från mörk, stel och ogenomskinlig till ljus, mjuk och genomskinlig. För att kunna skriva ut strukturerna i stor skala byggde vi ett strängsprutningssystem med flera munstycken som styrdes av en robot. Roboten kunde löpande variera materialens egenskaper och skapa nästan 4 meter långa strukturer av ett enda material, 100 procent återvinningsbart. När delarna är färdiga läggs de på tork och får en naturlig form när de kommer i kontakt med luft. Så varför designar vi fortfarande i plast? Vi fyllde luftbubblorna som var en biprodukt av utskriftsprocessen med fotosyntetiska mikroorganismer som först dök upp på vår planet för 3,5 miljoner år sen, som vi fick lära oss igår. Tillsammans med våra medarbetare på Harvard och MIT kapslade vi in bakterier som var genetiskt manipulerade för att snabbt fånga kol från atmosfären och omvandla det till socker. För första gången hade vi chansen att generera strukturer som sömlöst kunde omvandlas från stråle till nät, och ifall vi skalade upp det ännu mer, till fönster. Ett fruktbärande fruktträd. Vi jobbade med uråldriga material, en av de första livsformerna på jorden, massor av vatten och lite syntetisk biologi, och vi lyckades omvandla en struktur av räkskal till en arkitektur som beter sig som ett träd. Och här kommer det bästa: Biologiskt nedbrytbara saker ger mat åt marint liv om man sätter dem i havet, och hjälper träd att växa om man sätter dem i jorden.
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.
Platsen för vår nästa utforskning med samma designprinciper var solsystemet. Vi sökte efter en möjlighet att skapa livsuppehållande kläder för resor mellan planeter. Då behövde vi innesluta bakterier och kunna reglera hur de spreds. Vi hittade på vårt eget periodiska system: nya livsformer som hade odlats med hjälp av datorer, friformsframställda och biologiskt förbättrade. Jag vill tänka på syntetisk biologi som flytande alkemi, men istället för att transmutera ädelmetaller tillverkar man ny biologisk funktionalitet i väldigt små kanaler. Det kallas mikrofluidik. Vi 3D-printade våra egna kanaler för att kunna kontrollera flödet av dessa flytande bakteriekulturer. I vårt första klädesplagg kombinerade vi två typer av mikroorganismer. Den första är cyanobakterier. De lever i våra hav och i dammar med färskvatten. Och den andra, E. coli, är de bakterier som finns i människans tarmar. Den ena gör om ljus till socker, den andra äter sockret och skapar biobränslen som är användbara i den byggda miljön. Dessa två mikroorganismer interagerar aldrig i naturen. De har faktiskt aldrig mötts. De har satts ihop här för första gången för att ha en relation inuti ett klädesplagg. Tänk på det som en evolution, inte genom naturligt urval, utan evolution genom design. För att upprätthålla dessa relationer har vi skapat en enkel kanal som liknar matsmältningssystemet, som bidrar till att sprida bakterierna och ändrar deras funktion längs vägen. Sen började vi odla såna här kanaler på människokroppen, och varierade materialets egenskaper efter funktionerna vi ville uppnå. När vi ville ha mer fotosyntes gjorde vi kanalerna mer genomskinliga. Det här bärbara matsmältningssystemet är 60 meter långt när man töjer ut det. Det är en halv fotbollsplan, och tio gånger så långt som tunntarmen. Och här visar jag den för första gången, på TED, vår första fotosyntetiska kroppsnära teknik, vätskekanaler som glöder av liv inuti ett vanligt klädesplagg.
(Applause)
(Applåder)
Thank you.
Tack.
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 sa, "Vi är oslipade, halvfärdiga varelser." Tänk om design kunde ge oss den andra halvan? Om vi kunde skapa strukturer som kunde förbättra levande materia? Tänk om vi kunde skapa personliga mikrobiom som skulle kunna övervaka huden, reparera skadad vävnad och upprätthålla våra kroppar? Tänk på det som en slags uppdaterad biologi. Den här kollektionen, Wanderers, som har fått namn efter planeter, handlade för mig egentligen inte om mode, utan gav oss en möjlighet att spekulera om framtiden för vår människoras på den här planeten och bortom den, att kombinera vetenskapliga rön med en hel del mystik och att röra sig från maskineran till eran av symbios mellan våra kroppar, de mikroorganismer vi har inom oss, våra produkter, till och med våra byggnader. Jag kallar det här materialekologi.
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.
För att göra det här behöver vi alltid vända tillbaka till naturen. Vid det här laget vet ni att en 3D-printer skriver ut material i lager. Ni vet också att naturen inte gör det. Den växer. Den lägger till på ett sofistikerat sätt. Den här kokongen från en silkesmask, skapar till exempel en mycket sofistikerad arkitektur, ett hem som den kan förvandlas i. Ingen process för friformsframställning kommer ens i närheten av den nivån. Den gör det inte genom att kombinera två material, utan två proteiner i olika koncentrationer. En agerar som en struktur, den andra som ett lim, eller ett nätverk som håller ihop fibrerna. Och det här händer i stort och smått. Silkesmasken fäster sig först i miljön, skapar en tänjbar struktur, och börjar sen att spinna en kompakt kokong. Spänning och sammanpressning, de två livskrafterna, manifesterade i ett enda material.
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.
För att bättre förstå hur denna komplexa process fungerar limmade vi fast en pytteliten jordmagnet på en silkesmasks huvud, vid spinnvårtan. Vi placerade den inuti en låda med magnetiska sensorer, och det tillät oss att skapa ett tredimensionellt punktmoln och visualisera den komplexa strukturen hos silkesmaskens kokong. Men när vi lade silkesmasken på en slät yta istället för i en låda insåg vi att den kunde spinna en platt kokong, och den fortfarande kunde förvandla sig på rätt sätt. Så vi började designa olika miljöer, olika byggnadsställningar, och vi upptäckte att formen, kompositionen, och strukturen hos kokongen helt formades av miljön omkring.
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.
Silkesmaskar kokas ofta till döds inuti sina kokonger, deras silke nystas upp och används i textilindustrin. Vi insåg att vi genom att designa dessa mallar kunde ge en form till råsilket utan att koka en enda kokong.
(Applause)
(Applåder)
They would healthily metamorphisize, and we would be able to create these things.
De kunde genomgå sin förvandling och vi kunde skapa såna här saker.
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.
Vi skalade upp processen till arkitektur. Vi lät en robot spinna mallen av silke och vi placerade den på vår gård. Vi visste att silkesmaskar rör sig mot mörkare och kallare områden så vi använde ett diagram över solens rörelser för att avslöja fördelningen av ljus och värme på vår struktur. Sen skapade vi hål, eller gluggar, som skulle stänga inne strålarna av ljus och värme, och fördela silkesmaskarna över strukturen.
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.
Nu var vi redo att ta emot fjärilslarverna. Vi beställde 6 500 silkesmaskar från en uppfödare på internet. Och efter fyra veckors matning var de redo att spinna med oss. Vi placerade dem försiktigt vid den nedersta kanten av ställningen, och medan de spann började de förpuppas, de parade sig, lade sina ägg, och livet började om igen, precis som för oss, men mycket kortare.
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 sa att spänning är den bästa hållbarheten, och han hade rätt. När de spinner biologiskt silke över robotspunnet silke så ger de en hållbarhet åt hela den här paviljongen. Och under två eller tre veckor har 6 500 silkesmaskar spunnit 6 500 kilometer. Som en besynnerlig parallell är detta samma längd som Sidenvägen har. Fjärilarna producerar 1,5 miljoner ägg efter att de har kläckts. Det skulle kunna användas i framtiden till 250 ytterligare paviljonger.
So here they are, the two worldviews. One spins silk out of a robotic arm, the other fills in the gaps.
Här är de, två sätt att se på världen. En spinner silke genom en robotarm, den andra fyller i hålen.
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.
Om den yttersta gränsen för design är att andas in liv i produkterna och byggnaderna runt omkring oss, för att skapa en miljö av dubbla material, då måste designers ena dessa två synsätt. Det tar oss tillbaka till början. Jag hoppas på en ny era för design, en ny era för skapande, som tar oss från en design som är inspirerad av naturen till en designinspirerad natur och det kräver av oss att vi själva för första gången blir mödrar till naturen.
Thank you.
Tack.
(Applause)
(Applåder)
Thank you very much. Thank you.
Tack så mycket. Tack.
(Applause)
(Applåder)