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.
Ovo sam ja kako gradim prototip punih šest sati. Ovo je robovski rad na mom vlastitom projektu. Ovo je kako „uradi sam“ i stvaralački projekti stvarno izgledaju. A to je analogija za današnji svijet izgradnje i proizvodnje s brutalnim tehnikama montaže. I upravo je to razlog zbog kojeg sam počeo proučavati kako programirati fizičke materijale da grade sami sebe.
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.
Ali postoji i drugi svijet. Danas se na mikro i nano razinama događa revolucija bez presedana. A to je mogućnost programiranja fizičkih i bioloških materijala da promijene oblik, promijene svojstva, čak i ako razmišljamo o materiji koja nije napravljena na bazi silicija. Postoji program zvan cadnano koji nam omogućuje da dizajniramo trodimenzionalne oblike kao što su nano roboti ili sustavi za unos lijekova i koristimo DNA da samoudružimo te funkcionalne strukture.
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.
Ali ako pogledamo makrorazinu, postoje ogromni problemi kojima se nije posvetila nanotehnologija. Ako pogledamo gradnju i proizvodnju, postoje ogromne neučinkovitosti, potrošnja energije i pretjerane tehnike rada. U infrastrukturi, uzmimo jedan primjer. Uzmimo cjevovode. U vodenim cijevima, imamo vodene cijevi sa stalnim kapacitetom koje imaju stalne brzine protoka, osim skupih pumpi i ventila. Zakapamo ih u zemlju. Ako se išta promijeni – ako se okoliš promijeni, ako se tlo pomakne, ili zahtjevi promjene – moramo početi ispočetka, izvaditi ih i zamijeniti.
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.
Želio bih predložiti da možemo kombinirati ta dva svijeta, da možemo kombinirati svijet nanomaterijala koji se mogu programirati i izgrađenog okoliša. I ne mislim na automatizirane strojeve. Ne mislim samo na pametne strojeve koji zamjenjuju ljude. Mislim na materijale koje možemo programirati da se sami grade. To se zove samoudruživanje, što je proces u kojem razbacani dijelovi grade uređenu strukturu samo kroz lokalne interakcije.
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.
Dakle što trebamo ako želimo ovo napraviti na makrorazini? Trebamo nekoliko jednostavnih sastojaka. Prvi sastojak su materijali i geometrija, i to treba biti usko povezano s izvorom energije. Možete koristiti pasivnu energiju kao što je toplina, podrhtavanje, pneumatika, gravitacija, magnetna energija. Zatim trebate pametno dizajnirana međudjelovanja. I ta međudjelovanja omogućuju ispravak pogrešaka te dopuštaju oblicima da se promijene iz jednog stanja u drugo.
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.
Sada ću vam pokazati nekoliko projekata koje smo napravili, od jednodimenzionalnih, dvodimenzionalnih, trodimenzionalnih pa čak i četverodimenzionalnih sustava. Od jednodimenzionalnih sustava, ovo je projekt nazvan samoslažući proteini. Ideja je da uzmete trodimenzionalnu strukturu proteina – u ovom slučaju to je crambinov protein – uzmete okosnicu – dakle bez umrežavanja, bez prostornih interakcija – i izlomite ju u nekoliko dijelova. I zatim ubacimo elastičnu silu. Kada ovo bacim u zrak i uhvatim, ima potpunu trodimenzionalnu strukturu proteina, sve zamršenosti. I ovo nam daje opipljivi model trodimenzionalnog proteina i kako se slaže i sve zamršenosti geometrije. Možemo proučavati ovaj fizički, intuitivni model. Također možemo to prevesti u dvodimenzionalne sustave – dakle ravne ploče koje se mogu samoudružiti u trodimenzionalne strukture.
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.
Za tri dimenzije napravili smo projekt prošle godine na TEDGlobal-u uz Autodesk i Arthura Olsena gdje smo gledali autonomne dijelove – dakle samostalne dijelove koji nisu prethodno povezani kako se mogu sami složiti. I napravili smo 500 takvih staklenih posudica. Imale su različite molekularne strukture iznutra i različite boje koje su se mogle miješati i sparivati. Dali smo ih svim TEDovcima. I one su postale intuitivni modeli za razumijevanje kako molekularno samoudruživanje funkcionira na makrorazini. Ovo je virus polio. Jako ga protresite i raspast će se. I onda ga lagano tresite i počet će ispravljati pogreške i graditi svoju vlastitu strukturu. I to je demonstracija kako na nasumičan način možemo graditi organizirane oblike.
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.
Čak smo dokazali da možemo ovo napraviti u puno većim razmjerima. Prošle godine na TED Long Beach-u, napravili smo instalaciju koja pravi instalacije. Ideja je bila, možemo li samoudružiti objekte veličine namještaja? Tako da smo sagradili veliku rotirajuću komoru, i ljudi bi dolazili i vrtjeli komoru brže ili sporije, dodajući energiju sustavu, dobivajući intuitivno razumijevanje toga kako samoudruživanje radi i kako bismo ovo mogli koristiti kao tehniku konstrukcije ili proizvodnje proizvoda na makrorazini.
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.
Sjećate se, rekao sam 4D. Danas po prvi put otkrivamo novi projekt koji je suradnja sa Stratasys i zove se 4D ispis. Ideja iza 4D ispisa jest uzeti multimaterijalan 3D ispis – tako možete koristiti mnoge materijale – i dodati novu sposobnost, što je transformacija, trenutno se dijelovi mogu promijeniti iz jednog oblika u drugi potpuno samostalno. Ovo je kao robotika bez žica ili motora. Možete potpuno ispisati ovaj dio, i on se može promijeniti u nešto drugo.
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.
Također smo radili s Autodesk-om na programu koji razvijaju koji se zove Project Cyborg. To nam omogućuje da simuliramo samoudruživanje i pokušamo optimizirati koji se dijelovi kada savijaju. Ali najvažnije, možemo koristiti ovaj isti program za dizajn samoudruživajućih nanosustava i samoudružujućih sustava ljudske veličine. Ovo su dijelovi ispisani s multimaterijalnim svojstvima. Evo prve demonstracije. Jedna nit umočena u vodu koja se potpuno samostalno samoudružuje u slova M I T. Pristran sam. Ovo je drugi dio, jedna nit umočena u veći spremnik koja se samoudružuje u kocku, trodimenzionalnu strukturu. Dakle bez ljudske interakcije. I mislimo da je ovo prvi put da su program i transformacija ugrađeni direktno u same materijale. Ovo bi također mogla biti proizvodna tehnika koja omogućuje proizvodnju prilagodljivije infrastrukture u budućnosti.
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.
Znam da vjerojatno mislite, ok, to je impresivno, ali kako ćemo koristiti išta od ovih stvari u trenutnom okolišu? Osnovao sam laboratorij u MIT-u koji se zove Self-Assembly Lab. Odlučili smo pokušati razviti materijale koji se mogu programirati za izgrađeni okoliš. Mislim da postoji nekoliko ključnih sektora u kojima postoje primjene u prilično kratkoročnom razdoblju. Jedan od njih je u ekstremnim okolišima. To su područja u kojima je teško graditi, gdje naše sadašnje tehnike gradnje ne rade, preveliko je, preopasno je, preskupo je, ima previše dijelova. Svemir je odličan primjer. Pokušavamo dizajnirati nove ideje za svemir koje imaju potpuno rekonfigurabilne i samoudružujuće strukture koje se mogu mijenjati iz jednog vrlo funkcionalnog sustava u drugi.
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.
Vratimo se infrastrukturi. U infrastrukturi, radimo s tvrtkom iz Bostona koja se zove Geosyntec. Razvijamo novu paradigmu za cjevovode. Zamislite da se vodene cijevi mogu proširiti ili suziti kako bi promijenile kapacitet ili brzinu protoka, ili kada bi se čak gibale poput peristaltike i tako same pokretale vodu. Dakle ovo nisu skupe pumpe ili ventili. Ovo je potpuno programibilna i adaptivna samostalna cijev.
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.
Ono na što vas danas želim podsjetiti je teška realnost montaže u našem svijetu. To su komplicirane stvari izgrađene od kompliciranih dijelova koji se spajaju na komplicirane načine. Volio bih vas pozvati, iz koje god da ste industrije, da nam se pridružite u obnovi i novoj viziji svijeta, kako se stvari mogu složiti iz nanosvijeta u makrosvijet i kako možemo od svijeta kao što je ovaj doći do svijeta koji je sličniji ovome.
Thank you.
Hvala vam.
(Applause)
(Pljesak)