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.
Questo sono io che costruisco un prototipo per sei ore di fila. Questo è lavoro da schiavo per il mio progetto. Qui potete vedere com'è veramente il movimento dei maker e del DIY [Fai da te]. Ed è un'analogia per il mondo manifatturiero e delle costruzioni di oggi con tecniche di assemblaggio di semplice manodopera. Ed è per questo che ho iniziato a studiare come programmare materiali fisici che si autocostruiscono.
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.
Ma c'è un altro mondo. Oggigiorno, su micro e nano-scala, sta avvenendo una rivoluzione mai vista prima. Riguarda l'abilità nel programmare materiali fisici e biologici in grado di cambiare forma, proprietà e addirittura calcolare al di fuori dalla materia a base di silicone. C'è anche un software chiamato cadnano che ci permette di disegnare forme tridimensionali come nano robot o sistemi di consegna farmaci e usa il DNA per auto-assemblare queste strutture funzionali.
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.
Ma se guardiamo su scala umana, ci sono molti problemi che le nanotecnologie non stanno ancora affrontando. Se guardiamo l'edilizia e il settore manifatturiero, ci sono rilevanti inefficienze, consumo di energia e tecniche di lavoro eccessive. Facciamo un esempio in infrastruttura. Prendiamo il sistema idraulico. Nel sistema idraulico, abbiamo tubazioni dalla capacità fissa che hanno un flusso fisso, salvo le tubazioni e le valvole costose. Le sotterriamo. Se qualcosa cambia - se l'ambiente cambia, se il terreno si muove, o se cambiano le necessità - dobbiamo ripartire da zero, rimuoverle e sostituirle.
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.
Vorrei cercare di combinare questi due mondi, cioè il mondo dei nanomateriali adattativi programmabili e l'ambiente che costruiamo. E non mi riferisco a macchine automatizzate. Non mi riferisco solo a macchine intelligenti che sostituiscono l'uomo. Mi riferisco a materiali programmabili che si costruiscono da soli. Si chiama auto-assemblaggio, un processo mediante il quale le parti disordinate costruiscono una struttura ordinata solo attraverso l'interazione 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.
Di cosa abbiamo bisogno se vogliamo realizzarlo su scala umana? Abbiamo bisogno di alcuni ingredienti semplici. Il primo ingrediente sono materiali e geometria, e devono essere strettamente correlati con le fonti di energia. Si può usare energia passiva - quindi calore, vibrazione, aria compressa, gravità, magnetismo. Poi servono interazioni progettate in modo intelligente. Queste interazioni permettono di correggere errori, e fanno sì che le forme possano passare da uno stato all'altro.
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.
Perciò ora vi mostrerò una serie di progetti che abbiamo sviluppato, da sistemi unidimensionali, bidimensionali, tridimensionali e anche quadridimensionali. Nei sistemi unidimensionali - si tratta di un progetto chiamato proteine che si auto-avvolgono. L'idea è di prendere la struttura tridimensionale di una proteina, in questo caso la crambina, si prende la struttura portante - senza legami incrociati né interazioni ambientali - e la si spezza in una serie di componenti. Poi si inserisce un elastico. E quando lo lancio in aria e lo prendo, ha la struttura tridimensionale completa della proteina, tutti gli intrecci. E questo ci dà un modello tangibile della proteina tridimensionale e come si avvolge e tutte gli intrecci della geometria. Così possiamo studiarlo come un modello fisico e intuitivo. E lo stiamo traducendo anche in sistemi bidimensionali, così che dei fogli piani possono auto-avvolgersi in strutture tridimensionali.
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 tre dimensioni, l'anno scorso al TEDGlobal abbiamo realizzato un progetto con Autodesk e Arthur Olson in cui abbiamo considerato le parti autonome - quindi parti individuali non collegate prima che possono collegarsi da sole. E abbiamo costruito 500 di queste coppe di vetro. Hanno diverse trutture molecolari al loro interno e diversi colori che possono essere mescolati e abbinati. E li abbiamo dati a tutti i TEDsters. E così sono diventati dei modelli intuitivi per capire come funziona l'auto-assemblaggio molecolare su scala umana. Questo è il virus della polio. Se lo scuotete forte, si spezza. E se poi lo scuotete in modo casuale, comincia a correggere l'errore e a costruire la struttura da solo. Ciò dimostra che attraverso dell'energia casuale, possiamo costruire delle forme non casuali.
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.
Abbiamo anche dimostrato che possiamo farlo su una scala molto più grande. L'anno scorso a TED Long Beach, abbiamo costruito un'installazione che costruisce installazioni. L'idea era, possiamo auto-assemblare oggetti in scala reale? Abbiamo costruito un'ampia camera rotante e la gente veniva e la faceva andare più veloce o più lenta, aggiungendo energia al sistema e ottenendo una comprensione intuitiva di come funziona l'auto-assemblaggio e come si potrebbe usare come tecnica di costruzione o produzione di prodotti su macroscala.
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.
Ricordate che ho menzionato il 4D. Oggi, per la prima volta, sveleremo un nuovo progetto, in collaborazione con Stratasys, e si chiama stampa in 4D. L'idea dietro la stampa in 4D è che si prende la stampa 3D multimateriale - in modo da poter depositare materiali diversi - e si aggiunge una nuova capacità: la trasformazione, ovvero, che le parti possano trasformarsi da una forma in un'altra direttamente da sole. È come la robotica, senza fili o motori. Quindi si stampa completamente questa parte ed si può trasformare in qualcos'altro.
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.
Abbiamo lavorato anche con Autodesk su un software che stanno sviluppando chiamato Project Cyborg. Questo ci permette di simulare il comportamento di auto-assemblaggio e di cercare di ottimizzare quali parti si avvolgono, e quando. Ma soprattutto, possiamo usare lo stesso software per la configurazione di sistemi di auto-assemblaggio sia su nanoscala che su scala umana. Queste sono parti che vengono stampate con proprietà multimateriali. Ecco la prima dimostrazione. Un singolo trefolo immerso nell'acqua si avvolge completamente da solo formando le lettere M I T. Sono di parte. Questa è un'altra parte, un singolo trefolo, immerso in un contenitore più grande, che si auto-avvolge formando un cubo, una struttura tridimensionale. Senza interazione umana. Crediamo che questa sia la prima volta che un programma e una trasformazione siano stati inseriti direttamente nei materiali stessi. E potrebbe diventare la tecnica di manifattura che ci consente di produrre infrastrutture più adattative in futuro.
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.
Probabilmente state pensando, bene, è fantastico ma, come possiamo utilizzare queste cose per l'ambiente costruito? Ho aperto un laboratorio al MIT chiamato Laboratorio di Auto-Assemblaggio. Ci occupiamo di sviluppo di materiali programmabili per l'ambiente costruito. E crediamo che ci siano alcuni settori chiave che avranno applicazioni a breve. Una di queste sarà in ambienti estremi. Ci sono degli scenari dove è difficile costruire, le nostre attuali tecniche di costruzione non funzionano, è troppo grande, troppo pericoloso, è costoso, ci sono troppe componenti. E lo spazio ne è un ottimo esempio. Stiamo cercando di progettare nuovi scenari per lo spazio che abbiano strutture riconfigurabili e auto-assemblanti, che possano passare da un sistema altamente funzionante all'altro.
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.
Torniamo all'infrastruttura. Nelle infrastrutture, stiamo lavorando con un'azienda di Boston chiamata Geosyntec. E stiamo sviluppando un nuovo paradigma per il sistema idraulico. Immaginate che le tubazioni potessero espandersi e contrarsi per modificare la capacità o la portata di flusso, o forse anche muoversi a ritmo peristaltico per far scorrere l'acqua da sole. Questo non significa pompe o valvole costose. Si tratta di un tipo di tubazione adattativa completamente programmabile.
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.
Così oggi voglio ricordarvi la dura realtà dell'assemblaggio nel nostro mondo. Sono cose complesse costruite con parti complesse che vengono assemblate in modi complessi. Perciò, qualunque industria voi rappresentiate, vorrei invitarvi a unirvi a noi nel reinventare e reimmaginare il mondo, come le cose possono essere realizzate sia su nanoscala che su scala umana, in modo che possiamo passare da un mondo come questo a un mondo più simile a questo.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)