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.
To ja w trakcie budowy prototypu sześć godzin non-stop. Niewolnicza praca nad własnym projektem. Tak właśnie wygląda ruch "Zrób to Sam". To analogia do świata współczesnej produkcji i konstrukcji i mozolnych technik montażowych. Właśnie dlatego zacząłem studiować programowanie materiałów do samo-budowy.
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.
Ale są też inne możliwości. Dzisiaj na poziomie mikro i nano zachodzi bezprecedensowa rewolucja. Możemy fizycznie i biologicznie programować materiały tak, by zmieniały kształt lub właściwości, a nawet robiły obliczenia poza krzemową materią. Istnieje oprogramowanie Cadnano, które pozwala projektować trójwymiarowe kształty jak nano roboty czy systemy dostarczania leków, wykorzystujące DNA do samodzielnego montowania struktur.
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.
Jednak jeśli spojrzeć na to z perspektywy makro, jest jeszcze mnóstwo problemów do rozwiązania w nanotechnologiach. W konstruowaniu i wytwarzaniu istnieją poważne niedociągnięcia, duże zużycie energii i wyczerpujące techniki pracy. Oto przykład z infrastruktury: wodociągi. Udało nam się uzyskać rury o regulowanej pojemności, z wyjątkiem drogich pomp i zaworów. Zakopuje się je w ziemi, ale jeśli nastąpi jakaś zmiana środowiskowa, obsunie się grunt czy zmieni popyt, trzeba zaczynać od początku, wyjmować je i wymieniać.
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.
Proponuję, by połączyć programowalne i adaptacyjne nano-materiały z budownictwem. Nie chodzi mi o automatyzację maszyn czy zastąpienie ludzi maszynami. Chodzi mi o samo-programujące się i samo-budujące się materiały. Nazywa się to samo-montażem i polega na samodzielnym montowaniu się części w struktury, wyłącznie za pomocą bliskiej interakcji.
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.
Jak przełożyć to na rozmiary makro? Potrzeba kilku składników. Pierwsze to materiały i geometria, ścisłe związane z energią źródłową. Może to być energia pasywna, jak ciepło, drżenie, pneumatyka, grawitacja, magnetyzm. Potem potrzeba inteligentnie zaprojektowanych interakcji, które pozwalają na korektę błędów i zmianę kształtu.
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.
Pokażę kilka przedmiotów, które zbudowaliśmy dzięki systemom jedno-, dwu-, trzy-, a nawet czterowymiarowym. W systemach jednowymiarowych... To projekt samo-formujących się białek. Bierzemy trójwymiarową strukturę białka, w tym przypadku białko kramibiny. Bierzemy szkielet, czyli nie ma żadnych interakcji z otoczeniem, i rozbijamy go na szereg części składowych, a następnie wbudowujemy ściągacz. Podrzucony w górę i złapany, stworzy trójwymiarową strukturę białka z całą jej złożonością. Otrzymujemy konkretny, trójwymiarowy model białka, z całą geometryczną złożonością. To model fizyczny i intuicyjny. Można to również przełożyć na system dwuwymiarowy. Płaskie arkusze mogące tworzyć struktury trójwymiarowe.
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.
Rok temu podczas TEDGlobal, wspólnie z Autodesk i Arthurem Olsonem prezentowaliśmy trójwymiarowy model niezależnych części, które same mogły łączyć się ze sobą. Zbudowaliśmy 500 szklanych zlewek z różnokolorowymi cząsteczkami w środku, mogącymi się mieszać i łączyć. Rozdaliśmy je wszystkim TEDowiczom. Te intuicyjne modele pomagają zrozumieć, jak molekularny montaż działa w skali makro. To wirus polio. Mocno wstrząsamy, a on się rozpada, Mocno wstrząsamy, a on się rozpada, a następnie koryguje i odbudowuje strukturę samodzielnie. Pokazuje to, że przypadkowa energia może tworzyć nieprzypadkowe kształty.
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.
Pokazaliśmy to też na dużo większą skalę. W zeszłym roku podczas TED Long Beach zbudowaliśmy instalację budującą inne instalacje. Sprawdzaliśmy czy uda się stworzyć samo-montujące się meble. Zbudowaliśmy ogromną wirującą komorę, a ludzie przychodzili i kręcili nią, szybciej lub wolniej, dodając energię do systemu i przekonując się intuicyjnie, jak działa samo-montaż oraz jak można go wykorzystać w konstrukcji makro lub technologii produkcji.
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.
Wspomniałem o czterech wymiarach. Dzisiaj, po raz pierwszy, przedstawiamy nowy projekt powstały we współpracy z Stratasys, o nazwie drukowanie 4D. Chodzi o to, że do wielomateriałowego drukowania w 3D, złożonego z wielu materiałów, dodajemy nową zdolność, czyli transformację, w której cząstki zmieniają kształt bezpośrednio i samodzielnie. To jak robotyka, ale bez kabli czy silników. Drukuje się jakąś część, a ona samodzielnie przekształca się w coś innego.
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.
Pracowaliśmy też z Autodesk nad oprogramowaniem Cyborg Project. Pozwala ono symulować samo-montaż i może optymalizować moment przekształcania cząstek. Co najważniejsze, można użyć tego programu zarówno do systemów w skali nano, jak i systemów makro. Te części wydrukowano z materiałów o różnych właściwościach. To pierwsza demonstracja. Pojedyncza nić zanurzone w wodzie samodzielnie zmienia kształt i układa się w litery M I T. Jestem stronniczy. Potem pojedyncza nić zanurzona w wodzie samodzielnie przybiera kształt trójwymiarowego sześcianu. Bez ludzkiej ingerencji. Chyba po raz pierwszy program i transformacja zostały wbudowane bezpośrednio w materiał. w przyszłości może to być technologia produkcji infrastruktury przystosowawczej.
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.
Zastanawiacie się pewnie, jak to wykorzystać do budowy środowiska. Założyliśmy w MIT laboratorium o nazwie Self-Assembly Lab, gdzie próbujemy stworzyć samoprogramujące się materiały do budowy środowiska. Uważamy, że kilka sektorów może na tym wiele skorzystać. Na przykład w warunkach ekstremalnych. Tam gdzie trudno jest budować, gdzie obecne techniki budowy zawodzą, coś jest za duże, za drogie, zbyt niebezpiecznie lub złożone. Świetnym przykładem takiego środowiska jest kosmos. Nasze projekty kosmiczne zawierają struktury zdolne do samo-przekształcania i samo-montażu, mogące przechodzić z jednego systemu w 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.
Wracając do infrastruktury, współpracujemy z bostońską firmą Geosyntec. Opracowujemy nowe rozwiązania dla rurociągów. Wyobraźcie sobie rury mogące się rozszerzać i kurczyć, by zmieniać pojemność lub wielkość przepływu, a może i falując przepychać wodę, jak w perystaltyce jelit. To nie są drogie pompy czy zawory, to programowalne i samoadaptujace się rury.
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.
Chcę wam przypomnieć o trudach realiów montażowych dzisiejszego świata. Budujemy skomplikowane rzeczy ze skomplikowanych części, które łączą się w skomplikowany sposób. Chciałbym zaprosić was, niezależnie od branży, żebyście do nas dołączyli i zaczęli odkrywać, jak rzeczy przechodzą od nano do makro skali, abyśmy mogli przejść z tego świata do tego.
Thank you.
Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)