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.
این من هستم که دارم برای ۶ ساعت پی در پی یک مدل اولیه میسازم. این شبیه یک کار بردگی برای پروژهی خودم هست. جنبشهای سازندگی و "خودت انجامش بده!" واقعا به این شکل هستند. و این مقایسه ای برای ساخت و تولید در دنیای امروزیست که با تکنیکهای مونتاژ غیرهوشمندانه و ابتدایی انجام می شود. و این دقیقاْ دلیلی است که من شروع به مطالعه روش برنامهریزی مواد برای ساختن خودشان کردم.
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.
ولی این جهان دیگری است. امروزه در مقیاس نانو و میکرو( ریزمواد)، انقلاب بی سابقهای در حال رخ دادن است. و این یک توانایی برای برنامهریزی مواد فیزیکی و زیستی برای تغییر شکل، تغییر خواص و حتی محاسبه برای مواد غیر پایه سیلیکونی است. حتی یک نرم افزار به نام کدنانو وجود دارد که به ما اجازه میدهد شکلهای سه بعدی مانند نانورباتها و یا سیستمهای حامل دارو را طراحی کنیم و از دی ان ای برای خودمونتاژی این ساختارهای کاربردی استفاده کنیم.
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.
ولی اگر به مقیاس انسانی نگاه کنیم، حجم زیادی از مشکلات وجود دارند که هنوز توسط این تکنولوژیهای ابعاد نانو مد نظر قرار نگرفتهاند. اگر به ساخت و تولید نگاه کنیم، میتوانیم شاهد ناکارآمدی عمده، مصرف انرژی و تکنیکهای مستلزم کار بیش از حد باشیم. به عنوان زیر ساخت، بگذارید فقط یک مثال بزنیم. مثلاْ لولهکشی. در لولههای آب، ما لولههای با حجم ثابتی داریم که شدت جریانهای مشخصی دارند، به استثنای پمپها و شیرهای گرانقیمت. ما آنها را زیر زمین کار میگذاریم. اگر هر تغییری رخ دهد --- تغییرات زیست محیطی، زمین حرکت کند و یا نیاز به تغییر داشته باشد -- ما باید از ابتدا شروع کنیم و آنها را بیرون بیاوریم و دوباره جایگذاری کنیم.
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.
بنابراین من مایلم پیشنهاد کنم که ما میتوانیم این دو جهان را با هم ترکیب کنیم، اینکه ما میتوانیم دنیای نانومواد قابل برنامهریزی و سازگار را با محیط ساختشده، ترکیب کنیم. و منظور من ماشینهای خودکار نیست. منظور من ماشینهای هوشمند که جایگزین آدمها میشوند، نیست. بلکه منظورم مواد قابل برنامهریزی هستند که خودشان را میسازند. و اسم این خود مونتاژی است، که فرایندی است که در آن، قسمتهای نامنظم، یک ساختار منظم را تنها در طی برهمکنشهای محلی میسازند.
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.
پس اگر ما بخواهیم این کار را در مقیاس انسانی انجام دهیم، چه باید بکنیم؟ ما به چند تا عامل اولیه ساده نیاز داریم. اولین عامل، ماده و هندسه است که به شدت به همراه شدن با منابع انرژی نیاز دارد. و میتوانید از انرژی انفعالی -- مانند حرارت، لرزش، پنوماتیک، گرانش و مغناطیس -- استفاده کنید. و سپس به برهمکنشهای طراحی شده هوشمند نیاز دارید. این برهمکنشها اجازه اصلاح خطاها را به شما میدهند، و به ساختارها اجازه تغییر از یک حالت به حالت دیگر را میدهند.
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.
الان میخواهم به شما تعدادی از پروژههایی را که ساختهایم، نشان دهم، از یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی و حتی سیستمهای چهاربعدی. در سیستمهای یک بعدی -- پروژهای وجود دارد به نام پروتئینهای خود تا شونده. ایده به این صورت هست که شما ساختار سه بعدی یک پروتئین -- در این مثال پروتئین کرامبین -- را در نظر میگیرید، شما رشته اصلی را دارید -- بدون ارتباطات متقابل، بدون برهمکنش محیطی -- و آن را به صورت مجموعهای از اجزاء بسط میدهید. و سپس ما آنها را به صورت کشسان بازسازی میکنیم. و سپس زمانی که من این را به هوا میاندازم و میگیرمش، این ساختار کامل سه بعدی پروتئین را با همه جزییاتش دارد. این یک مدل قابل لمس از پروتئین سه بعدی و چگونگی تا شدن آن و همهی ریزهکاریهای هندسی آن است. بنابراین ما میتوانیم این را به عنوان یک مدل فیزیکی و قابل درک، مطالعه کنیم. و همچنین ما این را به سیستمهای دو بعدی توسعه دادیم -- مانند صفحاتی که میتوانند به شکل ساختارهای سه بعدی تغییر شکل دهند.
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.
در مدلهای سه بعدی، ما سال گذشته یک پروژه در تد گلوبال (TEDGlobal) با آتودسک (Autodesk) و آرتور اولسن (Arthur Olson) انجام دادیم که در آن قسمتهای مستقل -- قسمتهای جدا از هم بدون هیچ اتصال اولیه، میتوانند به طور خودکار به هم متصل شوند. ما ۵۰۰ تا از این ظرفهای شیشه ساختیم. آنها ساختارهای مولکولی متفاوتی در خود دارند و رنگهای مختلفی که میتوانند با هم مخلوط و همسان شوند. و ما آنها را به همه اهالی TED دادیم. و اینها تبدیل به مدلهای قابل لمسی شدند که توسط آنها میتوان فهمید خودمونتاژی مولکولی در مقیاس انسانی چگونه کار میکند. این ویروس فلج اطفال است. آن را به سختی تکان میدهید و متلاشی میشود. سپس آن را به طور تصادفی تکان میدهید واین شروع به اصلاح خطا و ساختن ساختارخودش به طور خودکار میکند. این به این معناست که از طریق انرژی دهی تصادفی، میتوانیم ساختارهای غیر تصادفی بسازیم.
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.
ما همینطور نشان دادیم که میتوان این را در ابعد بزرگتر هم ساخت. سال گذشته در تد لانگ بیچ (TED Long Beach)، ما تاسیساتی را ساختیم که تاسیسات دیگری را میساخت. ایده این بود، آیا ما میتوانیم اجسام در ابعاد مبلمان را به شکل خودمونتاژ بسازیم؟ بنابراین ما یک فضای بزرگ در حال چرخش ساختیم، و مردم میتوانستند بیایند و آن را تند تر و یا آهسته تر بچرخانند، به سیستم انرژی اضافه کنند و یک آشنایی قابل لمس از خودمونتاژی و اینکه ما چطور میتوانیم از آن به عنوان ساخت و تولید در مقیاس بزرگ برای تولید محصولات استفاده کنیم، به دست آورند.
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.
به خاطر بیاورید که من گفتم چهار بعدی. امروز برای اولین بار ما داریم از یک پروژه جدید پردهبرداری میکنیم، که در واقع یک همکاری با استراتاسیس (شرکت فعال در زمینه ساخت پرینترهای سه بعدی) بوده و نام آن چاپ چهاربعدی است. ایده پشت چاپ چهار بعدی این است که شما چاپ سه بعدی چند مادهای را در نظر میگیرید -- در واقع میتوانید از مواد متعدد استفاده کنید -- و یک قابلیت جدید به آن اضافه میکنید، که تغییر شکل است، که بلافاصله، اجزاء میتوانند به طور خودکار از شکلی به شکل دیگر تغییر پیدا کنند. این مثل رباتیک، بدون سیم و موتور است. بنابراین شما یک قسمت را میسازید، و آن میتواند به شکل دیگری تغییر پیدا کند.
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.
ما همچنین با آتودسک در حال کار بر روی یک نرم افزار به نام پروژه سایبورگ هستیم. این به ما اجازه میدهد که این رفتار خودمونتاژی را شبیه سازی کرده و اینکه چه قطعهای در چه زمانی تا شود را، بهینه سازی کنیم. اما مهم تر اینکه، ما میتوانیم از این نرم افزار برای طراحی سیستمهای خودمونتاژ در مقیاس نانو و سیستمهای خودمونتاژ در مقیاس انسانی استفاده کنیم. اینها قسمتهایی هستند که با ویژگیهای چند-مادهای تولید شدهاند. این اولین نمونه تولید شده است. یک رشته که زمانی که در آب غرق میشود، به طور کاملاْ مستقل به شکل حروف MIT تا میشود. این جانبدارانه بود. این یک قطعهی دیگر است، یک رشتهی تنها، که در یک تانک بزرگتر غرق شده و به صورت یک مکعب، یک ساختار سه بعدی، به طور خودکار تا میشود. هیچ عامل انسانی در بین نیست. و ما فکر میکنیم که این اولین بار است که یک برنامه و تغییر شکل به طور مستقیم منجر به تولید خود مواد شدهاند. و این ممکن است فقط روش تولید باشد که به ما اجازه میدهد در آینده زیرساختهای سازگارتری را تولید کنیم.
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.
من میدانم که شما احتمالاْ فکر میکنید که خوب، این خیلی جذابه، ولی ما چطور از این چیزها برای ساختن محیط استفاده میکنیم؟ من یک آزمایشگاه در موسسه تکنولوژی ماساچوست MIT به راه انداختم، که نامش آزمایشگاه خودمونتاژی است. ما قصد داریم تلاش کنیم، تا مواد قابل برنامهریزی برای ساخت محیط را توسعه دهیم. ما فکر میکنیم که چند بخش کلیدی وجود دارند که کاربردهایی در تقریباْ کوتاه مدت خواهند داشت. یکی از آنها در شرایط محیطی سخت است. این ها شرایطی هستند که ساختن در آنها بسیار مشکل است و روشهای فعلی ساخت و ساز ما در آن پاسخگو نیستند. اگر خیلی بزرگ باشند، یا خیلی خطرناک باشند، یا خیلی گران باشند و یا قطعات زیادی داشته باشند. فضا مثال خیلی خوبی برای آن است. ما داریم سعی میکنیم یک سناریوی جدید برای فضا طراحی کنیم که شامل ساختارهای قابل تنظیم مجدد و خود مونتاژ باشد که بتوانند از یک سیستم بسیار کاربردی به یک سیستم کاربردی دیگر تغییر شکل دهد.
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.
بگذارید به زیرساختها برگردیم. در زیرساختها، ما با یک شرکت خارج از بوستون به نام ژئوسینتک (Geosyntec) کار میکنیم. ما داریم یک نمونه جدید را برای لولهکشی طراحی میکنیم. تصور کنید که اگر لولههای آب بتوانند برای تغییر گنجایش و یا شدت جریان، فشرده و یا منبسط شوند، و یا حتی حرکت مواج داشته باشند، مانند حرکت کرمواره (شبیه به حرکت مری برای به پیش راندن غذا) برای حرکت آب به طور خودکار. بنابراین خبری از پمپها و شیرهای گرانقیمت نیست. این یک لوله کاملاْ قابل برنامهریزی و سازگار است.
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.
بنابراین من امروز میخواهم سختیهای واقعی کار مونتاژ را در جهانمان به شما یادآوری کنم. اینها چیزهای پیچیدهای هستند که با قطعات پیچیدهای ساخته میشوند که با روشهای پیچیدهای در کنار هم قرار میگیرند. بنابراین من مایلم از شما، در هر حوزهای از صنعت که هستید، دعوت کنم که برای اختراع دوباره و بازآفرینی جهان، اینکه چگونه چیزها از مقیاس نانو به مقیاسهای انسانی میرسند، ٰبه ما بپیوندید، تا با هم بتوانیم از جهانی که بیشتر شبیه به این هست، به جهانی برویم که بیشتر شبیه به این است.
Thank you.
متشکرم.
(Applause)
(تشویق حضار)