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.
Ez itt én vagyok, amint egy prototípust építek hat órán keresztül. Rabszolgamunkát végzek a saját projektemen. Valahogy így néznek ki a csináld magad mozgalom tagjai. Ez egy jó példa napjaink építési és gyártási folyamataira, melyeket időigényes és fáradtságos összeszerelési technológiák jellemeznek. Ezek miatt kezdtem el kutatni, hogyan lehet fizikai anyagokat saját maguk felépítésére programozni.
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.
Ám létezik egy másik világ is. Napjainkban a mikro- és nanovilágban megjósolhatatlan kimenetelű forradalom zajlik. Ennek alapja, hogy képesek vagyunk fizikai és biológiai anyagokat alakjuk és tulajdonságaik megváltoztatására programozni, vagy akár nem szilícium alapú számítástechnikát alkotni. Már szoftver is van erre a célra, a "cadnano", amivel olyan háromdimenziós formák tervezhetők, mint például nanorobotok, vagy gyógyszertovábbító rendszerek, és amelyek DNS-t használnak a funkcionális struktúrák felépítésére.
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.
Ha azonban mindezt emberi léptékben nézzük, akkor olyan súlyos problémákba ütközünk, melyekkel a nanotechnológiák nem foglalkoznak. Ha az építőipart és az ipari gyártást nézzük, akkor alacsony hatékonyságú, energiaigényes és munkaigényes megoldásokkal találkozunk. Vegyünk egy példát az infrastruktúra területéről! Nézzük a csővezetékeket. Állandó kapacitású vízvezetékeket használunk, rögzített áramlási sebességgel, drága szivattyúkkal és szelepekkel. Az egészet a földbe temetjük. Ha bármi változik -- változik a környezet, megmozdul a föld, változnak az igények, -- nulláról kezdve, mindent ki kell szednünk, és ki kell cserélnünk.
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.
Ezért az a javaslatom, hogy kombináljuk ezt a két világot, hogy kombináljuk a nanoszinten programozható, adaptív anyagok világát az épített környezetünkkel. És itt nem automata gépekre gondolok. Nem az embereket helyettesítő okos gépekre gondolok, hanem önmagukat építő, programozható anyagokra. Nevezzük önépítésnek ezt a technikát, ami nem más, mint rendezetlen részek rendezett struktúrává alakításának folyamata, kizárólag helyi kölcsönhatások révén.
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.
Nos, mire van hát szükségünk, ha ezt emberi léptékben akarjuk megvalósítani? Először is kell néhány egyszerű hozzávaló. Az első ilyen az anyag és a geometria, amit szorosan össze kell kapcsolnunk az energiaforrással. Használhatunk passzív energiát -- hő-, rázási, pneumatikus, gravitációs, mágneses energiát. Aztán szükségünk van még ügyesen megtervezett kölcsönhatásokra. Ezek a kölcsönhatások teszik majd lehetővé a hibajavítást, és ezek révén lesznek képesek a formák egyik állapotból a másikba átmenni.
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.
Most bemutatom önöknek néhány projektünket, melyekben egy-, két-, háromdimenziós, sőt négydimenziós rendszereket építettünk. Az egyik egydimenziós rendszer -- az összecsukódó fehérjék projektje. Az alapötlet az, hogy foghatunk egy háromdimenziós fehérjestruktúrát -- esetünkben ez a "crambin" nevű fehérje, -- vegyük a gerincét -- hogy ne legyenek keresztkapcsolatai és környezeti kölcsönhatásai, -- és törjük szét egy sor kisebb komponensre. Majd adjunk hozzá rugalmas anyagot. Amikor ezt feldobom a levegőbe és elkapom, előáll a fehérje teljes háromdimenziós szerkezete, annak minden bonyolultságával. Ezzel megkaptuk a háromdimenziós fehérje egy kézzelfogható modelljét, és a geometria teljes bonyolultsága láthatóvá válik. Ezt az intuitív fizikai modellt aztán tanulmányozni lehet. Ezt a technikát kétdimenziós rendszerekben is alkalmazhatjuk -- ahol sík lapok önállóan háromdimenziós struktúrákká alakulnak.
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.
A tavalyi TED Globalon volt egy háromdimenziós projektünk, melyben az Autodeskkel és Arthur Olsonnal közösen, autonóm komponenseket használtunk -- ezek a különálló részek képesek voltak önállóan összekapcsolódni másokkal. 500 ilyen lombikot készítettünk elő. A bennük lévő darabok molekulaszerkezete különböző, más-más színűek, keverhetők és összeilleszthetők voltak. Minden TED-résztvevőnek adtunk belőle. Így ezek intuitív modellekké válva, segítettek megérteni, hogyan működik a molekuláris önépítés emberi méretekben. Ez itt a poliovírus modellje. Ha erősen megrázzuk, darabokra törik. Ha pedig véletlenszerűen rázogatjuk, elkezdi önmaga kijavítani a hibákat és újraépíteni a struktúráját. Itt azt láthatjuk, hogy a véletlen energia képes nem véletlen alakzatokat létrehozni.
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.
Azt is bemutattuk, hogy mindezt képesek vagyunk nagyobb méretekben is megcsinálni. Múlt évben a Long Beach-i TED-en megépítettünk egy installációt, ami installációkat épít. Az alapötlet az volt, hogy vajon tudunk-e önépítő, bútor méretű objektumokat készíteni. Ezért építettünk egy nagy, forgó kamrát, amit az emberek gyorsabban vagy lassabban forgathattak, energiát adva ezáltal a rendszernek, és így intuitív módon érthették meg az önépítés működését, és hogy hogyan tudjuk mindezt makroméretű építésre vagy termékek gyártására használni.
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.
Ne felejtsék, négy dimenziót mondtam! Ma először hozunk nyilvánosságra egy új projektet, amelyen a Stratasys-szel közösen dolgozunk, és amit négydimenziós nyomtatásnak nevezünk. A 4D nyomtatás alapötlete, a 3D nyomtatásból kiindulva -- többféle anyagot használva --, felruházzuk a terméket egy új képességgel, a transzformációval, melynek révén a termék születése pillanatától, önállóan képes egyik formából a másikba átalakulni. Ez olyasmi, mint a vezetékek vagy motorok nélküli robottechnika. Tehát amint ezt a darabot kinyomtatjuk, utána máris képes valami mássá átalakulni.
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.
Az Autodesk-kel is dolgoztunk együtt, a Cyborg Project nevű szoftverük kifejlesztésén. Ennek segítségével szimulálni tudjuk az önépítő viselkedést, és optimalizálhatjuk, hogy mely részek csukódjanak össze és mikor. De a legfontosabb, hogy ugyanezt a szoftvert egyaránt használhatjuk nanoméretű, vagy emberi léptékű önépítő rendszerek tervezésére. Ezek itt többanyagos technikával nyomtatott darabok. Íme, az első bemutató. Egy egyszerű szál, ami vízbe merítve teljesen önállóan összetekeredik, és az MIT betűket alakítja ki magából. Igen, egy kicsit elfogult vagyok… Ez egy másik darab, egy másik szál, ezt egy nagyobb tartályba helyezzük, mire kockává, egy háromdimenziós struktúrává alakul át, önállóan. Emberi beavatkozás nélkül. Azt gondoljuk, ez az első alkalom, hogy valaki egy programot és egy transzformációt épít bele magába az anyagba. És ez egyúttal egy olyan gyártási technológia alapja lehet, ami lehetővé teszi, hogy adaptív infrastruktúrát építsünk a jövőben.
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.
Önök most valószínűleg azt gondolják: "Hát ez remek, de hogyan fogjuk ezeket a dolgokat az épített környezetünkben használni?" Nos, létrehoztam a MIT-en egy laboratóriumot, Önépítő Labor néven. A célunk, hogy megpróbáljunk programozható anyagokat kifejleszteni az épített környezet számára. Véleményünk szerint van néhány kulcságazat, ahol alkalmazásuk már a közeljövőben megkezdődhet. Az egyik ilyen terület az extrém környezetek. Ezekben a forgatókönyvekben az építés nehézségekbe ütközik, a meglévő építési technológiák nem működnek, túl nagy, túl veszélyes, drága, túl sok az alkatrész stb. Az egyik legjobb példa a világűr. Olyan új forgatókönyveket alakítunk ki a világűr számára, amelyek teljesen átkonfigurálhatók, és önépítő szerkezetekre épülnek, és amelyek egy funkcionális rendszerből egy másikba képesek átalakulni.
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.
Térjünk most vissza az infrastruktúrához! Ezen a területen egy bostoni céggel, a Geosyntec-kel dolgozunk együtt. Dolgozunk egy gyökeresen új csővezeték-megoldáson is. Képzeljenek el egy vízvezetéket, ami képes összehúzódni és kitágulni, és így kapacitását vagy az áramlási sebességet változtatni, vagy akár perisztaltikus módon hullámozni, és így a vizet önállóan továbbítani. Drága szivattyúk és szelepek nélkül. Ez egy tökéletesen programozható és adaptálódó csővezeték.
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.
Végül szeretném felhívni a figyelmüket a világ építési technológiáinak nyers valóságára. Bonyolult dolgokat építünk, bonyolult alkatrészekből, bonyolult módon. Szeretném hát meginvitálni önöket -- bármely iparágból is jöjjenek --, hogy csatlakozzanak hozzánk, és gondoljuk újra a világot, hogy a nanovilág dolgai és az emberi világ dolgai találkozzanak, és hogy átléphessünk egy ilyen világból egy ilyen világba.
Thank you.
Köszönöm.
(Applause)
(Taps)