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.
Este soy yo construyendo un prototipo durante 6 horas de corrido. Fui mano de obra esclava de mi propio proyecto. Así es como los movimientos "Hazlo Tú Mismo" y 'maker' son en la realidad. Y esto es una analogía del mundo actual de la construcción y manufactura qué usa técnicas de ensamblaje a fuerza bruta. Y esta es la razón por la cual comencé a estudiar cómo programar a los materiales físicos para que se construyeran solos.
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.
Pero hay otro mundo. Hoy en día, en materia de microescala y nanoescala, se está viviendo una revolución sin precedentes. Y esta es la capacidad de programar materiales físicos y biológicos para que cambien de forma, de propiedades e incluso para que hagan cómputos en materia no basada en silicio. Incluso existe un software llamado cadnano que nos permite diseñar formas tridimensionales, como nanorobots o sistemas de administración de medicamentos, y usar el ADN para que esas estructuras funcionales se autoensamblen.
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.
Pero si consideramos la escala humana, existen problemas enormes que no son abordados por esos avances en la nanotecnología. En términos de construcción y manufactura, hay deficiencias importantes, consumo energético y técnicas con demasiada mano de obra. Pongamos un ejemplo de infraestructura. Los sistemas de cañerías. En las tuberías de agua, hay tuberías de capacidad fija que son de caudal fijo, con excepción de las bombas y válvulas costosas. Las enterramos en la tierra. Si algo cambia —si su entorno cambia, si la tierra se mueve, o demanda cambios— debemos comenzar de cero, quitarlas y reemplazarlas.
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.
Así que me gustaría proponer combinar ambos mundos, podemos combinar el mundo de los materiales adaptables programados con nanotecnología y el ambiente de construcción. Y no me refiero a máquinas automatizadas. No me refiero a máquinas inteligentes que reemplacen a los humanos. Me refiero a materiales programables que se construyan solos. Y a eso se le llama autoensamblaje, que es un proceso por el cual partes desordenadas construyen una estructura ordenada solamente a través de la interacción local.
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.
¿Entonces qué precisamos si lo queremos llevar a cabo en la escala humana? Precisamos algunos ingredientes sencillos. El primer ingrediente es materiales y geometría, y estos precisan estar estrechamente vinculados con la fuente de energía. Y pueden usar energía pasiva es decir térmica, cinética, neumática, gravitatoria o magnética. Y luego precisas interacciones de diseño inteligente. Y esas interacciones permiten la corrección de errores, y permiten que las formas pasen de un estado a otro.
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.
Ahora voy a mostrarles una serie de proyectos que construimos, desde sistemas unidimensionales, bidimensionales, tridimensionales y hasta cuatridimensionales. Así que, en sistemas unidimensionales —este es un proyecto llamado las proteínas autoplegables—. La idea es tomar la estructura tridimensional de una proteína —en este caso es la proteína crambina— tomamos el esqueleto —sin ramificaciones, sin interacciones con el entorno— y lo fragmentamos en una serie de componentes. Y luego le incorporamos elástico. Y cuando lanzo esto al aire y lo atrapo, tiene la estructura tridimensional completa de la proteína, con todas sus complejidades. Y esto nos da un modelo tangible de la proteína tridimensional y como esta se pliega y todas las complejidades de su geometría. Entonces podemos estudiar esto como un modelo físico, intuitivo. Y también estamos trasladándolo hacia sistemas bidimensionales —para que hojas planas puedan plegarse sobre sí mismas y formar estructuras tridimensionales—.
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.
En tres dimensiones, hicimos un proyecto el año pasado en TEDGlobal con Autodesk y Arthut Olson, en el cual consideramos las partes autónomas —es decir, partes individuales sin conexiones previas que pueden unirse con autonomía—. Y armamos 500 de estos vasos de precipitado. Cada uno contenía diferentes estructuras moleculares y diferentes colores que podían ser mezclados y combinados. Y se los regalamos a todos los TEDores. Así que estos se convirtieron en modelos intuitivos para comprender cómo funciona el autoensamblaje molecular en la escala humana. Este es el virus de la polio. Si lo sacudes con fuerza se rompe. Y cuando lo sacudes aleatoriamente comienza a corregir el error y a reconstruir la estructura con autonomía. Y esto demuestra que a través de la energía aleatoria, podemos construir formas no aleatorias.
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.
Incluso demostramos que podemos llevarlo a cabo a gran escala. El año pasado en TED Long Beach, construimos una instalación que construye instalaciones. La idea era, ¿podemos autoensamblar objetos del tamaño de un mueble? Así que construimos una gran cámara giratoria, y la gente se acercaba y la hacía girar rápido o lento, así agregaban energía al sistema y conseguían una comprensión intuitiva del funcionamiento del autoensamblaje y de cómo podemos usarlo como técnica de construcción o manufactura de productos en gran escala.
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.
Pero recuerden, yo dije 4D. Hoy, por primera vez, estamos inaugurando un nuevo proyecto, que es una colaboración con Stratasys, y se llama impresión en 4D. La idea detrás de la impresión en 4D es tomar la impresión 3D multimaterial —en la cual se pueden depositar varios materiales— y se le agrega una nueva capacidad, la transformación, que instantáneamente, las partes pueden transformarse de una forma a la otra con autonomía. Y esto es como la robótica pero sin cables ni motores. Así que puedes imprimir esta parte completamente, y puede transformarse en algo totalmente distinto.
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.
También trabajamos con Autodesk en un software que están desarrollando que se llama Project Cyborg. Y esto nos permite simular este comportamiento de autoensamblaje e intentar optimizar qué partes se pliegan en qué momento. Pero lo más importante es que podemos usar este mismo software para el diseño de sistemas de autoensamblaje en nanoescala y sistemas de autoensamblaje en la escala humana. Estas son partes impresas con propiedades multimaterial. Esta es la primera demostración. Una cadena única sumergida en agua que se pliega sobre sí misma con total autonomía formando las letras M I T. Estoy sesgado. Esta es otra parte, cadena única, sumergida en un tanque más grande que por sí mismo puede plegarse para formar un cubo, una estructura tridimensional. Así que no hay interacción humana. Y creemos que esta es la primera vez que un programa y una transformación han sido fundidos directamente en los materiales. Y esta puede perfectamente ser la técnica de manufactura que en el futuro nos permita producir una infraestructura más adaptable.
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.
Pero sé que probablemente estén pensando, bueno, todo esto es genial, ¿pero cómo lo usamos en nuestro ambiente de construcción? Así que abrí un laboratorio en MIT y se llama el Laboratorio Autoensamblable. Y estamos dedicados a intentar desarrollar materiales programables para el ambiente de construcción. Y creemos que hay unos pocos sectores clave en los que se podría aplicar a relativamente corto plazo. Una de ellas es en ambientes de condiciones extremas. Estos son escenarios en los cuales resulta difícil construir, nuestras técnicas de construcción actuales no funcionan, es demasiado grande, peligroso, caro, demasiadas partes. Y el espacio es un gran ejemplo de esto. Estamos intentando diseñar nuevos escenarios para el espacio que tengan estructuras totalmente reconfigurables y autoensamblables que puedan pasar por sistemas altamente funcionales, de uno a otro.
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.
Volvamos a la infraestructura. En infraestructura, estamos trabajando con una compañía de Boston llamada Geosyntec. Y estamos desarrollando un nuevo paradigma para los sistemas de tuberías. Imaginen si las tuberías pudieran expandirse o contraerse para cambiar de capacidad o caudal, o quizás incluso pudieran ondularse como peristálticas para mover el agua ellas mismas. Y esto no son bombas o válvulas caras. Es una tubería que puede programarse y adaptarse con autonomía.
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.
Así que hoy quisiera recordarles de las duras realidades de ensamblaje de nuestro mundo. Estas son cosas complejas construidas con partes complejas que se unen de formas complejas. Así que me gustaría invitarlos, sin importar la industria en que trabajen, a que se nos unan para reinventar e imaginar el mundo, cómo las cosas se vinculan desde la nanoescala hasta la escala humana, para que podamos pasar de un mundo así a un mundo un poco más así.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)