Today I'd like to show you the future of the way we make things. I believe that soon our buildings and machines will be self-assembling, replicating and repairing themselves. So I'm going to show you what I believe is the current state of manufacturing, and then compare that to some natural systems.
Hoje eu gostaria de lhes mostrar o futuro da maneira como construímos coisas. Acredito que em breve nossos prédios e máquinas serão de auto-montagem, replicando-se e regenerando-se. Então vou mostrar-lhes o que acredito ser o atual estado de fabricação, e depois compará-lo com alguns sistemas naturais.
So in the current state of manufacturing, we have skyscrapers -- two and a half years [of assembly time], 500,000 to a million parts, fairly complex, new, exciting technologies in steel, concrete, glass. We have exciting machines that can take us into space -- five years [of assembly time], 2.5 million parts.
Então, no atual estado de fabricação, temos arranha-céus – dois anos e meio, de 500 mil a um milhão de peças, razoavelmente complexas, tecnologias novas e empolgantes em aço, concreto e vidro. Temos máquinas incríveis que podem nos levar ao espaço – cinco anos, 2,5 milhões de peças.
But on the other side, if you look at the natural systems, we have proteins that have two million types, can fold in 10,000 nanoseconds, or DNA with three billion base pairs we can replicate in roughly an hour. So there's all of this complexity in our natural systems, but they're extremely efficient, far more efficient than anything we can build, far more complex than anything we can build. They're far more efficient in terms of energy. They hardly ever make mistakes. And they can repair themselves for longevity.
Mas por outro lado, se examinarmos os sistemas naturais, temos as proteínas com dois milhões de tipos, podem dobrar em 10 mil nanosegundos, ou DNA com três bilhões de pares de base que podemos replicar em cerca de uma hora. Portanto, temos toda essa complexidade em nossos sistemas naturais, mas eles são extremamente eficientes, muito mais eficientes do que qualquer coisa que possamos construir, muito mais complexos do que qualquer coisa que possamos construir, São muito mais eficientes em termos de energia. Raramente erram. E esses sistemas podem reparar-se para manter longevidade.
So there's something super interesting about natural systems. And if we can translate that into our built environment, then there's some exciting potential for the way that we build things. And I think the key to that is self-assembly.
Então, há algo super interessante sobre sistemas naturais. E se pudermos traduzi-los em nosso ambiente de construção, teremos um potencial interessante para o modo como nós construímos. E eu penso que o segredo está na auto-montagem.
So if we want to utilize self-assembly in our physical environment, I think there's four key factors. The first is that we need to decode all of the complexity of what we want to build -- so our buildings and machines. And we need to decode that into simple sequences -- basically the DNA of how our buildings work. Then we need programmable parts that can take that sequence and use that to fold up, or reconfigure. We need some energy that's going to allow that to activate, allow our parts to be able to fold up from the program. And we need some type of error correction redundancy to guarantee that we have successfully built what we want.
Então se quisermos utilizar a auto-montagem em nosso ambiente físico, eu acho que há quatro fatores chave. O primeiro é que precisamos decodificar toda a complexidade do que queremos construir – nossos edifícios e máquinas. Precisamos decodificá-la em sequências simples – basicamente o DNA de como nossos edifícios funcionam. Em seguida precisamos de peças programáveis que possam pegar esta sequência e usá-la para dobrar, ou reconfigurar. Precisamos de alguma energia que permita a isso ser ativado, dando às nossas peças capacidade para dobrar a partir do programa. E precisamos de um tipo de redundância na correção de erro para garantir-nos sucesso em construir o que queremos.
So I'm going to show you a number of projects that my colleagues and I at MIT are working on to achieve this self-assembling future. The first two are the MacroBot and DeciBot. So these projects are large-scale reconfigurable robots -- 8 ft., 12 ft. long proteins. They're embedded with mechanical electrical devices, sensors. You decode what you want to fold up into, into a sequence of angles -- so negative 120, negative 120, 0, 0, 120, negative 120 -- something like that; so a sequence of angles, or turns, and you send that sequence through the string. Each unit takes its message -- so negative 120 -- it rotates to that, checks if it got there and then passes it to its neighbor.
Vou mostrar-lhes uma série de projetos em que eu e meus colegas do MIT estamos trabalhando para alcançar esse futuro de auto-montagem. Os primeiros são MacroBot e DeciBot. Estes projetos são de robôs reconfiguráveis de grande escala – 2.5 ou 3.5 metros de proteínas longas. Eles são implantados com dispositivos mecânicos elétricos, sensores. Nós decodificamos o formato que queremos dobrar, em uma sequência de ângulos – menos 120, menos 120, 0, 0, 120, menos 120 – algo assim; então uma sequência de ângulos, ou de rotações, e enviamos esta sequência através do fio. Cada unidade carrega sua mensagem – portanto menos 120. Ela gira, verifica se chegou lá e depois a passa para seu adjacente.
So these are the brilliant scientists, engineers, designers that worked on this project. And I think it really brings to light: Is this really scalable? I mean, thousands of dollars, lots of man hours made to make this eight-foot robot. Can we really scale this up? Can we really embed robotics into every part? The next one questions that and looks at passive nature, or passively trying to have reconfiguration programmability. But it goes a step further, and it tries to have actual computation. It basically embeds the most fundamental building block of computing, the digital logic gate, directly into your parts.
Esses são os brilhantes cientistas, engenheiros, projetistas que trabalharam neste projeto. E eu acho que isso realmente traz à tona: Isto é realmente escalável? Quero dizer, milhares de dólares, muitas pessoas e horas são usados para construir este robô de 2 metros e meio. Será que podemos adquirir escala? Será que podemos implantar robótica em cada parte? O próximo questiona isso e observa a natureza passiva, ou passivamente tenta ter uma reconfiguração programável. Mas ele vai um passo adiante, e tenta ter um cálculo real. Ele basicamente incorpora o bloco de construção mais fundamental da computação, a porta lógica digital, diretamente em suas peças.
So this is a NAND gate. You have one tetrahedron which is the gate that's going to do your computing, and you have two input tetrahedrons. One of them is the input from the user, as you're building your bricks. The other one is from the previous brick that was placed. And then it gives you an output in 3D space. So what this means is that the user can start plugging in what they want the bricks to do. It computes on what it was doing before and what you said you wanted it to do. And now it starts moving in three-dimensional space -- so up or down. So on the left-hand side, [1,1] input equals 0 output, which goes down. On the right-hand side, [0,0] input is a 1 output, which goes up. And so what that really means is that our structures now contain the blueprints of what we want to build.
Então essa é uma porta NAND. Temos um tetraedro que é a porta que fará sua computação, e temos dois tetraedros de entrada. Um deles é a entrada do usuário, quando vocês constroem seus tijolos. O outro é do tijolo que foi colocado anteriormente. E então ele nos dá uma saída em espaço 3D. Isto significa que o usuário pode começar a ligar o que ele quer que os tijolos façam. Ele calcula o que ele estava fazendo antes e o que vocês disseram que queriam fazer. E agora começa a mover-se em espaço tridimensional – para cima ou para baixo. Então no lado esquerdo, [1,1], entrada = 0 saída, que desce. No lado direito, [0,0] entrada é 1 saída, que sobe. O que isso realmente significa é que nossas estruturas agora contêm os planos de projeto do que queremos construir.
So they have all of the information embedded in them of what was constructed. So that means that we can have some form of self-replication. In this case I call it self-guided replication, because your structure contains the exact blueprints. If you have errors, you can replace a part. All the local information is embedded to tell you how to fix it. So you could have something that climbs along and reads it and can output at one to one. It's directly embedded; there's no external instructions.
Então eles têm, incorporadas neles, todas as informações do que foi construído. Isto quer dizer que podemos ter alguma forma de auto-replicação. Nesse caso chamo isto de replicação auto-guiada, porque sua estrutura contém os planos de projeto exatos. Se temos erros, podemos substituir uma parte. Toda a informação local é incorporada para instruir como consertar. Então poderíamos ter algo que cresce em ascensão, compreende isto e pode produzir de um para um. [A informação] é diretamente incorporada; sem instruções externas.
So the last project I'll show is called Biased Chains, and it's probably the most exciting example that we have right now of passive self-assembly systems. So it takes the reconfigurability and programmability and makes it a completely passive system. So basically you have a chain of elements. Each element is completely identical, and they're biased. So each chain, or each element, wants to turn right or left. So as you assemble the chain, you're basically programming it. You're telling each unit if it should turn right or left. So when you shake the chain, it then folds up into any configuration that you've programmed in -- so in this case, a spiral, or in this case, two cubes next to each other. So you can basically program any three-dimensional shape -- or one-dimensional, two-dimensional -- up into this chain completely passively.
O último projeto que mostrarei é o Biased Chains, e é provavelmente o exemplo mais empolgante que temos atualmente de sistemas passivos de auto-montagem. Ele pega a reconfiguração e a programabilidade e faz dele um sistema completamente passivo. Então fundamentalmente temos uma cadeia de elementos. Cada elemento é totalmente idêntico, e eles são discriminantes. Assim cada cadeia ou cada elemento quer virar à direita ou à esquerda. Ao montarmos a cadeia, fundamentalmente estamos programando-a. Dizemos a cada unidade se deve virar à direita ou à esquerda. Assim, quando sacudimos a cadeia, ela então se dobra em qualquer configuração que tenhamos programado – neste caso, uma espiral, ou neste caso, dois cubos lado a lado. Então basicamente podemos programar qualquer forma tridimensional – ou unidimensional, bidimensional – nesta cadeia completamente passiva.
So what does this tell us about the future? I think that it's telling us that there's new possibilities for self-assembly, replication, repair in our physical structures, our buildings, machines. There's new programmability in these parts. And from that you have new possibilities for computing. We'll have spatial computing. Imagine if our buildings, our bridges, machines, all of our bricks could actually compute. That's amazing parallel and distributed computing power, new design possibilities. So it's exciting potential for this. So I think these projects I've showed here are just a tiny step towards this future, if we implement these new technologies for a new self-assembling world.
Então, o que isto nos diz sobre o futuro? Acho que está nos dizendo que há novas possibilidades de auto-montagem, replicação, reparação em nossas estruturas físicas, nossos prédios, máquinas. Há novas programabilidades nessas peças. E dali temos novas possibilidades para computação. Teremos computação espacial. Imaginem se nossos prédios, nossas pontes, máquinas, todos os nossos tijolos pudessem realmente computar. Isto é o surpreendente poder paralelo e distribuído da computação novas possibilidades para designs. É um potencial empolgante para isto. Então penso que estes projetos que acabei de mostrar a vocês são simplesmente um pequenino passo em direção a este futuro, se implementarmos estas novas tecnologias. para um mundo novo de auto-montagem.
Thank you.
Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)