Това съм аз, правещ прототип 6 последователни часа. Това е робска работа за собствения ми проект. Така изглежда процесът на ръчна изработка. И той е подобие на днешния строителен и производствен свят с натоварващи монтажни методи. Точно поради това започнах да уча как да програмирам физически материали да се сглобяват сами.
This is me building a prototype for six hours straight. This is slave labor to my own project. This is what the DIY and maker movements really look like. And this is an analogy for today's construction and manufacturing world with brute-force assembly techniques. And this is exactly why I started studying how to program physical materials to build themselves.
Но има и друг свят. Днес на микро и нано нива се случва невиждана революция. Тя е способността да програмираме физически и биологични материали да менят форма, да променят свойства и дори да работят извън материята на силиконова основа. Дори има софтуер, наречен каднано, който ни позволява да проектираме триизмерни форми като нано роботи или системи за доставка на лекарства и да използваме ДНК, за самосглобяване на тези функционални структури.
But there is another world. Today at the micro- and nanoscales, there's an unprecedented revolution happening. And this is the ability to program physical and biological materials to change shape, change properties and even compute outside of silicon-based matter. There's even a software called cadnano that allows us to design three-dimensional shapes like nano robots or drug delivery systems and use DNA to self-assemble those functional structures.
Ако погледнем от човешката страна на нещата, има огромни проблеми, на които не се обръща внимание от тези нано технологии. Ако разгледаме конструирането и производството, има преобладаващи неефикасни, поглъщащи енергия и прекалено трудоемки техники. В инфраструктурата, нека дадем само един пример, тръбопроводите. При водните тръби имаме такива с определен обем, които са с фиксирани нива на водния поток, без скъпите помпи и клапани. Заравяме ги в земята. Ако нещо се промени -- ако средата се промени, земята се измести, или търсенето се промени -- трябва да започнем от нулата и да ги извадим и сменим.
But if we look at the human scale, there's massive problems that aren't being addressed by those nanoscale technologies. If we look at construction and manufacturing, there's major inefficiencies, energy consumption and excessive labor techniques. In infrastructure, let's just take one example. Take piping. In water pipes, we have fixed-capacity water pipes that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves. We bury them in the ground. If anything changes -- if the environment changes, the ground moves, or demand changes -- we have to start from scratch and take them out and replace them.
Вярвам, че можем да съчетаем тези два свята, че можем да съберем програмируемите нано адаптивни материали със средата на конструиране. И не говоря за автоматизирани машини. Нямам предвид само интелигентни машини, които заменят хората, a програмируеми материали, които сами се конструират. Това се нарича себесглобяване, което е процес, от който разпилени части конструират подредена структура само чрез местно взаимодействие.
So I'd like to propose that we can combine those two worlds, that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials and the built environment. And I don't mean automated machines. I don't just mean smart machines that replace humans. But I mean programmable materials that build themselves. And that's called self-assembly, which is a process by which disordered parts build an ordered structure through only local interaction.
Какво ни трябва, ако искаме да постигнем това с човешка работна ръка? Няколко прости съставки. Първата е материали и геометрия и те трябва да са тясно свързани с енергийния източник. Можете да използвате и пасивна енергия -- топлина, трептене, пневматика, гравитация, магнетизъм. А тогава ви трябват интелигентно проектирани взаимодействия. Тези взаимодействия позволяват коригиране на грешки, позволяват на формите да преминават от една в друга.
So what do we need if we want to do this at the human scale? We need a few simple ingredients. The first ingredient is materials and geometry, and that needs to be tightly coupled with the energy source. And you can use passive energy -- so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics. And then you need smartly designed interactions. And those interactions allow for error correction, and they allow the shapes to go from one state to another state.
Сега ще ви покажа няколко проекта, които сме направили, от едномерни, двуизмерни, триизмерни и дори четириизмерни системи. В едномерните системи -- това е проект, наречен самонагъващи се протеини. Замисълът е да вземем 3-измерната структура на протеин -- в този случай е крамбинов протеин -- взимате основата -- няма преплитане, няма контакт със средата -- и го разделяме на редица елементи. После добавяме еластичност. И когато хвърля това във въздуха и го хвана, то има завършена 3D структура на протеин Това ни дава реалистичен модел на 3D протеина, как той се нагъва и всичките му геометрични подробности. Така че можем да го изучаваме като физически, интуитивен образец. И ние прилагаме това и в 2D системи -- плосък лист хартия, който да може да се сгъва сам в 3-измерни структури.
So now I'm going to show you a number of projects that we've built, from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional and even four-dimensional systems. So in one-dimensional systems -- this is a project called the self-folding proteins. And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein -- in this case it's the crambin protein -- you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions -- and you break that down into a series of components. And then we embed elastic. And when I throw this up into the air and catch it, it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies. And this gives us a tangible model of the three-dimensional protein and how it folds and all of the intricacies of the geometry. So we can study this as a physical, intuitive model. And we're also translating that into two-dimensional systems -- so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
Направихме 3D проект миналата година на TEDGlobal с Autodesk и Артър Олсън, където разгледахме самостоятелни части -- които не са свързани предварително, но могат да се съберат сами. Направихме 500 такива стъклени чаши. Имаха различна молекулярна структура и различни цветове, които можеха да преливат и да се сливат. Раздадохме ги на TED-стърите. Предметите станаха интуитивни макети за разбиране как действа молекулярното себесглобяване на човешко ниво. Това е полио вирус. Разтърсвате го и се разпада на парчета. След това го разклащате произволно и започва да коригира грешките и да сглобява сам структурата си. А това показва, че чрез произволна енергия, можем да направим форми на неслучаен принцип.
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal with Autodesk and Arthur Olson where we looked at autonomous parts -- so individual parts not pre-connected that can come together on their own. And we built 500 of these glass beakers. They had different molecular structures inside and different colors that could be mixed and matched. And we gave them away to all the TEDsters. And so these became intuitive models to understand how molecular self-assembly works at the human scale. This is the polio virus. You shake it hard and it breaks apart. And then you shake it randomly and it starts to error correct and built the structure on its own. And this is demonstrating that through random energy, we can build non-random shapes.
Дори демонстрирахме, че можем да го направим в по-големи мащаби. Миналата година в TED Лонг Бийч, направихме инсталация, която строи инсталации. Искахме да проверим дали може да се самосгобяват мебели. Издигнахме голяма въртяща се камера, и хората идваха и я завъртаха по-силно или по-леко, добавяйки енергия към системата, и получаваха интуитивно разбиране как себеслобяването действа и как можем да го използваме в по-мащабно строителство или производствени техники за стоки.
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale. Last year at TED Long Beach, we built an installation that builds installations. The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects? So we built a large rotating chamber, and people would come up and spin the chamber faster or slower, adding energy to the system and getting an intuitive understanding of how self-assembly works and how we could use this as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
Спомням си, че казах 4D. Днес за първи път разкриваме нов проект, който е в сътрудничество с Stratasys, и се нарича 4-измерно копиране. Замисълът му е да вземем 3D копие от различни материали -- така че можете да депозирате множество материали -- и да добавим ново свойство, което е преобразуване, това е новост, елементите могат да се преобразуват от една форма в друга сами. Наподобява роботика без жици и моторчета. Напълно копирате тази част, и тя може да се трансформира в нещо друго.
So remember, I said 4D. So today for the first time, we're unveiling a new project, which is a collaboration with Stratasys, and it's called 4D printing. The idea behind 4D printing is that you take multi-material 3D printing -- so you can deposit multiple materials -- and you add a new capability, which is transformation, that right off the bed, the parts can transform from one shape to another shape directly on their own. And this is like robotics without wires or motors. So you completely print this part, and it can transform into something else.
Работихме и с Autodesk по софтуер, който разработват, наречен Проект Киборг. Това ни позволи да симулираме самосглобяването и да опитаме да определяме кои части кога да се свиват. Но най-важното, можем да използваме същия софтуер за разработка на самосглобяващи се системи на нано и на човешко ниво. Това са елементи, копирани със свойства на различни материали. Ето първата демонстрация. Нишка, потопена във вода, която напълно самостоятелно се огъва в буквите M I T. Аз съм пристрастен. Това е друг елемент, нишка, потопена в по-голям аквариум, която се огъва в куб, 3D структура, самостоятелно. Няма човешка намеса. И вярваме, че това е първият път, когато програма и преобразуване са втъкани директно в материалите. И това може да е производственият метод, който ни позволява да произвеждаме по-адаптивна инфраструктура в бъдеще.
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg. And this allows us to simulate this self-assembly behavior and try to optimize which parts are folding when. But most importantly, we can use this same software for the design of nanoscale self-assembly systems and human scale self-assembly systems. These are parts being printed with multi-material properties. Here's the first demonstration. A single strand dipped in water that completely self-folds on its own into the letters M I T. I'm biased. This is another part, single strand, dipped in a bigger tank that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own. So no human interaction. And we think this is the first time that a program and transformation has been embedded directly into the materials themselves. And it also might just be the manufacturing technique that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
Знам, че вероятно си мислите: "Ок, това е чудесно, но как да използваме някое от нещата в застроена среда?" Имам лаборатория в MIT, наречена лаборатория за самосглобяване. Отдадени сме на опитите да развием програмируеми материали за застроени среди. Вярваме, че има няколко ключови идеи, които са почти приложими. Една е за в екстремни територии. Това са места, където е трудно да се строи, настоящите ни строителни техники не са използваеми, прекалено големи са, прекалено опасно е, прекалено скъпо, прекалено много части, А пространството е добър пример за това. Опитваме се да изработим нови техники за места, които имат напълно преконфигуриращи се и самосглобяващи се структури, които да преминават от една високо функционална система към друга такава.
So I know you're probably thinking, okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment? So I've started a lab at MIT, and it's called the Self-Assembly Lab. And we're dedicated to trying to develop programmable materials for the built environment. And we think there's a few key sectors that have fairly near-term applications. One of those is in extreme environments. These are scenarios where it's difficult to build, our current construction techniques don't work, it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts. And space is a great example of that. We're trying to design new scenarios for space that have fully reconfigurable and self-assembly structures that can go from highly functional systems from one to another.
Нека се върнем на инфраструктурата. За нея работим с фирма от Бостън, наречена Geosyntec. Разработваме нова парадигма за тръбопроводите. Представете си водни тръби, които могат да се разширяват или свиват за да променят капацитета или водния поток, или дори да се движат перисталтично, за да придвижват водата сами. Не говорим за скъпи помпи и клапи. Това е напълно програмируема и приспособяваща се тръба.
Let's go back to infrastructure. In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec. And we're developing a new paradigm for piping. Imagine if water pipes could expand or contract to change capacity or change flow rate, or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves. So this isn't expensive pumps or valves. This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
Искам днес да ви припомня за суровите истини на сглобяването в света, Това са сложни неща, построени със сложни елементи, които се съчетават по сложни способи. Искам да ви поканя, от която и индустрия да сте, да се присъедините към преоткриването и преустройството на света, как нещата си пасват от микро ниво до стандартно, за да се пренесем от свят като този в свят подобен на този.
So I want to remind you today of the harsh realities of assembly in our world. These are complex things built with complex parts that come together in complex ways. So I would like to invite you from whatever industry you're from to join us in reinventing and reimagining the world, how things come together from the nanoscale to the human scale, so that we can go from a world like this to a world that's more like this.
Благодаря ви.
Thank you.
(Аплодисменти)
(Applause)