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.
Ça c’est moi en train de construire un prototype pendant six heures d'affilée. Un travail d'esclave pour mon propre projet. C'est à ça que le bricolage et le mouvement des makers ressemblent en réalité. C'est une analogie du monde du bâtiment et de la manufacture d'aujourd'hui avec ses techniques d'assemblage à base de force brute. Et c'est la raison précise pour laquelle je me suis mis à étudier comment programmer les matériaux physiques pour qu'ils se construisent eux-mêmes.
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.
Mais un autre monde existe. Aujourd'hui, aux échelles micro et nano, une révolution sans précédent est en cours. Il s'agit de la capacité de programmer des matériaux biologiques et physiques afin qu'ils changent de forme, changent de propriétés et même réaliser des calculs dans une matière qui ne soit pas à base de silicium. Il y a même un logiciel intitulé Cadnano qui permet de concevoir des formes en trois dimensions comme des nano-robots ou des systèmes de distribution de médicaments et d'utiliser l'ADN pour que ces structures fonctionnelles s'auto-assemblent.
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.
Mais si on considère l'échelle humaine, ces nanotechnologies laissent de côté d'énormes problèmes. Si on regarde le bâtiment et la manufacture, on voit de gros problèmes d'efficacité, de consommation énergétique et des techniques qui demandent excessivement de main-d'oeuvre. En infrastructure, prenons un exemple: les canalisations. Les canalisations d'eau dont nous disposons ont une capacité fixe, avec des débits fixes, sauf quelques vannes et pompes coûteuses. On les enterre. Si quoi que ce soit change, si l'environnement change, le sol bouge, ou la demande change, il faut tout refaire, les retirer et les remplacer.
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.
J'aimerais proposer qu'on combine ces deux mondes, qu'on combine le monde des matériaux adaptifs programmables de l'échelle nanotechnologique et l'environnement du bâtiment. Je ne parle pas simplement d'automates, de machines intelligentes qui remplacent les humains. Je parle de matériaux programmables qui se contruisent eux-mêmes. Ça s'appelle l'auto-assemblage, processus par lequel des pièces désordonnées construisent une structure ordonnée à travers une interaction uniquement locale.
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.
Alors, que faut-il pour que ce soit possible à l'échelle humaine ? Il nous faut quelques ingrédients simples. Tout d'abord, les matériaux et la géométrie, et il faut qu'ils soient étroitement liés à la source d'énergie. On peut recourir à l'énergie passive : chaleur, secousse, gaz, gravité, magnétisme. Ensuite, il faut des interactions intelligemment conçues. Des interactions qui permettent la correction des erreurs, et qui permettent aux formes de passer d'un état à l'autre.
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.
Maintenant, je vais vous montrer quelques projets de notre conception, à partir de systèmes à une, deux, trois et même quatre dimensions. Pour les systèmes à une dimension, voici un projet intitulé protéines auto-pliantes. L'idée est de prendre la structure tridimensionnelle d'une protéine, ici la protéine du crambin. On prend le squelette, sans ramification ni interaction avec l'environnement, et on le décompose en une série de composants. Puis, on incorpore élastique. Et quand je lance ça en l'air et je le rattrape, il a la structure tridimensionnelle complète de la protéine, avec toutes ses complexités. Et ça nous donne un modèle tangible de la protéine en trois dimensions et de comment elle se plie et de toutes les complexités de la géométrie. Nous pouvons donc étudier cela comme modèle physique intuitif. Nous transposons cela aussi en systèmes bidimensionnels : des feuilles plates qui peuvent se plier en structures tridimensionnelles.
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 trois dimensions, nous avons réalisé un projet l'année dernière à TEDGlobal avec Autodesk et Arthur Olson dans lequel nous nous sommes penchés sur des pièces autonomes : des pièces individuelles non préconnectées qui se rassemblent toutes seules. Nous avons fabriqué 500 béchers en verre comme ceux-ci. Ils contenaient des structures moléculaires différentes et des couleurs différentes, qui pouvaient être mélangées et associées. Et nous les avons données à tous les TEDsters. Elles ont servi de modèles intuitifs pour comprendre comment l'auto-assemblage moléculaire fonctionne à l'échelle humaine. Voici le virus de la polio. Secouez-le fermement et il se délite. Ensuite, secouez-le de manière aléatoire et il commence à corriger les erreurs et à construire la structure tout seul. Ce qui démontre que par l'énergie aléatoire on peut créer des formes non-aléatoires.
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.
Nous avons même démontré que nous pouvons faire ça à une échelle bien supérieure. L'année dernière, à TED Long Beach, nous avons construit une installlation qui construit des installations. L'idée était : peut-on auto-assembler des objets de la taille de meubles ? Nous avons donc contruit une grande pièce rotative. Les gens venaient et faisaient tourner la pièce plus ou moins vite, ajoutant de l'énergie au système et comprenant par intuition comment fonctionne l'auto-assemblage et comment on peut l'utiliser comme technique dans le bâtiment ou la manufacture de produits.
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.
Rappelez-vous : j'ai parlé de 4D. Aujourd'hui, pour la première fois, nous dévoilons un nouveau projet, une collaboration avec Stratasys, qui s'intitule Impression 4D. L'idée derrière Impression 4D est de prendre l'impression 3D à matériaux multiples, afin de pouvoir y mettre plusieurs matériaux, et d'y ajouter une nouvelle capacité : la transformation. Dès qu'elles sortent, les pièces peuvent se transformer d'une forme à une autre, directement, toutes seules. C'est comme de la robotique sans fils ni moteurs. Vous imprimez cette pièce, et elle peut se transformer en autre chose.
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.
Nous avons également travaillé avec Autodesk sur un logiciel qu'ils développent intitulé Projet Cyborg. Celui-ci nous permet de simuler le comportement d'auto-assemblage et d'essayer d'optimiser le moment où se plie telle ou telle pièce. Mais le plus important, c'est qu'on peut utiliser ce même logiciel pour concevoir des systèmes d'auto-assemblage à l'échelle nano et des systèmes d'auto-assemblage à l'échelle humaine. Il s'agit de pièces imprimées avec des propriétés de multiples matériaux. Voici la première démonstration. Une chaîne simple trempée dans l'eau qui s'auto-plie entièrement toute seule pour former les lettre M.I.T. Je suis influencé. Voici une autre pièce, une chaîne simple, trempée dans un bac plus grand, qui se plie toute seule en forme de cube, structure tridimensionnelle. Pas d'interaction humaine. Il nous semble que c'est la première fois qu'un programme et une transformation ont été incorporés directement aux matériaux eux-mêmes. Et il se pourrait bien que ce soit la technique de production qui nous permettra de produire des infrastructures plus adaptatives à l'avenir.
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.
Je sais, vous vous dites sans doute que c'est bien beau, mais comment on utilise tout ça dans le domaine du bâtiment. Alors, j'ai lancé un labo au MIT qui s'appelle le Self-Assembly Lab, Labo d'auto-assemblage. On se consacre à essayer de développer des matériaux programmables pour le bâtiment. Il nous semble qu'il y a quelques secteurs clés dans lesquels les applications s'envisagent à relativement court terme. Un de ces secteurs est celui des conditions extrêmes. Il s'agit de scénarios où construire est difficile, où nos techniques de construction actuelles ne marchent pas : trop grand, trop dangereux, trop coûteux, trop de pièces. L'espace en est un exemple parfait. Nous tentons de concevoir des scénarios nouveaux pour l'espace avec des structures totalement reconfigurables et auto-assemblantes qui peuvent passer d'un système hautement fonctionnel à un autre.
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.
Revenons à l'infrastructure. Dans ce domaine, nous travaillons avec une entreprise près de Boston qui s'appelle Geosyntec. Et nous développons un nouveau paradigme de canalisations. Imaginez que les canalisations d'eau puissent se dilater ou se contracter afin de changer de capacité ou de débit, ou même onduler comme des péristaltiques pour déplacer l'eau elles-mêmes. Il ne s'agit pas de pompes ou de vannes coûteuses. C'est une canalisation entièrement programmable et adaptable en elle-même.
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.
Je souhaite donc vous rappeler aujourd'hui la dure réalité de l'assemblage en ce monde. Voici des objets complexes faits de pièces complexes assemblées de manières complexes. J'aimerais donc vous inviter, quelque que soit l'industrie dont vous êtes issus, à vous joindre à nous dans cette réinvention et réimagination du monde, et de la manière dont on assemble les choses, de l'échelle nano à l'échelle humaine, de façon à passer d'un monde comme celui-ci à un monde plutôt comme celui-ci.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)