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.
Este sou eu montando um protótipo durante seis horas sem parar. Este é um trabalho escravo para meu próprio projeto. É assim que são o faça-você-mesmo e o Maker Movements de verdade. E esta é uma analogia para o mundo de hoje da manufatura e da construção com técnicas de montagem de força bruta. E é por isso exatamente que comecei a estudar como programar materiais físicos para se autoconstruírem.
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.
Mas há um outro mundo. Hoje, nas escalas micro e nano, está acontecendo uma revolução sem precedentes. E é a capacidade de programar materiais físicos e biológicos para mudar de forma, alterar propriedades e até mesmo computar sem componentes feitos de silício. Há inclusive um 'software' chamado cadnano que nos permite projetar formas tridimensionais como nanorrobôs e sistemas de aplicação de medicamentos e usar o DNA para automontar essas estruturas funcionais.
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.
Mas, se olharmos na escala humana, há problemas enormes que não estão sendo tratados por essas tecnologias em nanoescala. Se olharmos para a construção e a manufatura, há enormes ineficiências, consumo de energia e técnicas de trabalho excessivas. Na infraestrutura, vamos ver um exemplo. Pegue a canalização. Na canalização da água, temos uma capacidade fixa para os encanamento que têm taxas fixas de fluxo, com exceção de bombas e válvulas caras. Nós os enterramos no solo. Se algo muda -- se o ambiente muda, o solo se movimenta ou exige mudanças -- temos que começar da estaca zero, removê-los e substituí-los.
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.
Então, gostaria de propor que combinássemos esses dois mundos que combinássemos o mundo dos materiais adaptativos programáveis da nanoescala e construíssemos o ambiente. E não me refiro a máquinas automáticas. Não me refiro apenas a máquinas inteligentes que substituem humanos, mas a materiais programáveis que se autoconstroem. E isso é chamado automontagem, que é um processo pelo qual partes desordenadas constroem uma estrutura ordenada apenas pela interação local.
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.
Então, de que precisamos se queremos fazer isso na escala humana? Precisamos de uns poucos ingredientes simples. O primeiro ingrediente é materiais e geometria, e isso precisa estar estreitamente ligado com a fonte de energia. E você pode usar energia passiva: calor, tremor, pneumática, gravidade, magnética. Então você precisa de interações projetadas inteligentemente. E essas interações permitem correção de erros, e permitem que formas passem de um estado para outro estado.
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.
Agora vou mostrar uma série de projetos que construímos, de sistemas unidimensionais, bidimensionais, tridimensionais e até mesmo quadridimensionais. Em projetos unidimensionais -- este é um projeto chamado de proteínas autodobráveis. E a ideia é que pegamos a estrutura tridimensional de uma proteína, neste caso é a proteína "crambin", pegamos a espinha dorsal, portanto sem ligações cruzadas, sem interações ambientais, e quebramos isso numa série de componentes. Então acrescentamos elástico. Quando você a joga para o alto no ar e a pega, ela tem a estrutura tridimensional completa da proteína, toda a complexidade. E isso nos dá um modelo tangível da proteína tridimensional e como ela se dobra e toda a complexidade da geometria. Então podemos estudar isto como um modelo físico, intuitivo. E estamos transformando isso em sistemas bidimensionais, assim, lâminas planas podem autodobrar-se em estruturas tridimensionais.
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.
Em três dimensões, fizemos um projeto, ano passado, no TEDGlobal, com Autodesk e Arthur Olson, no qual observamos partes autônomas, partes individuais, não pré-conectadas que podem se juntar sozinhas. Montamos 500 destas provetas. Elas tinham estruturas moleculares diferentes dentro e cores diferentes que podiam ser misturadas e combinadas. Nós as demos a todos os TEDsters. E esses se tornaram modelos intuitivos para compreender como funciona a automontagem molecular na escala humana. Este é o vírus da pólio. Você o chacoalha fortemente e ele se quebra. Então você o chacoalha ao acaso e ele começa a corrigir os erros e constrói a estrutura sozinho. E isto está demonstrando que pela energia aleatória
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.
podemos construir formas não aleatórias. Até mesmo demonstramos que podemos fazer isso numa escala muito maior. Ano passado, em TED Long Beach, construímos uma instalação que constrói instalações. A ideia era: poderíamos automontar objetos na escala de mobília? Então construímos uma grande câmara rotatória, e as pessoas apareciam e giravam a câmara mais rápido ou mais devagar, acrescentando energia ao sistema e conseguindo uma compreensão intuitiva de como funciona a automontagem e de que forma poderíamos usar isso
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.
como uma técnica, em macroescala, para construção ou manufatura de produtos. Lembrem-se, eu disse 4D. Portanto, hoje, pela primeira vez, estamos revelando um novo projeto, que é uma colaboração com Stratasys, e é chamado de impressora 4D. A ideia por trás da impressora 4D é que você pega uma impressora 3D de multimateriais, você pode colocar múltiplos materiais, e você acrescenta uma nova capacidade, que é transformação, para que, exatamente na base, as partes se transformem diretamente de uma forma para outra sozinhas. Isto é como robótica sem fios ou motores. Assim, você imprime esta parte
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
e ela pode transformar-se em outra coisa.
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.
Também trabalhamos com a Autodesk num software que estavam desenvolvendo, chamado Projeto Cyborg. E isto nos permite estimular esse comportamento de automontagem e tentar otimizar quando e quais partes estão se dobrando. Mais importante, podemos usar este mesmo software para o projeto de sistemas de automontagem em nanoescala e sistemas de automontagem na escala humana. Estas são partes sendo impressas com propriedades de multimaterial. Eis a primeira demonstração. Um único cordão mergulhado em água que se dobra completamente sozinho nas letras M I T. Estou sendo tendencioso. Esta é uma outra parte, cordão único mergulhado em um tanque maior, que se dobra em um cubo, uma estrutura tridimensional, sozinho. Sem interação humana. E achamos que esta é a primeira vez que um programa e uma transformação foram introduzidos diretamente nos próprios materiais. E isso também poderia ser a técnica de manufatura que nos permitiria produzir infraestrutura
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.
mais adaptativa no futuro. Sei que provavelmente estão pensando: isso é legal, mas como é usado para o ambiente de construção? Abri um laboratório no MIT, chamado de Laboratório de Automontagem. E estamos nos dedicando a tentar desenvolver materiais programáveis para o ambiente de construção. E há alguns setores chave que têm muitas utilizações de curto prazo. Uma dessas é em ambientes extremos. Estes são cenários nos quais é difícil construir, nossas técnicas de construção atuais não funcionam, é grande demais, é perigoso demais, é caro, partes demais. E o espaço é um grande exemplo para isso. Estamos tentando projetar novos cenários para o espaço com estruturas completamente reconfiguráveis e automontáveis, que possam passar de uns para outros sistemas altamente funcionais.
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.
Voltemos à infraestrutura. Trabalhamos com uma empresa nos arredores de Boston, chamada Geosyntec. E estamos desenvolvendo um novo paradigma para encanamentos. Imagine se os encanamentos pudessem expandir ou contrair para mudar a capacidade ou o fluxo, ou talvez mover-se em ondulações, como movimentos peristálticos, para que eles mesmos conduzam a água. Não são bombas e válvulas caras.
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.
Este é um encanamento inteiramente programável e adaptativo por si mesmo. Quero lembrá-los, hoje, das difíceis realidades de montagem em nosso mundo. Estas são coisas complexas construídas com partes complexas que se juntam de formas complexas. Gostaria de convidá-los, seja qual for a indústria de onde vêm, a juntar-se a nós para reinventar e reimaginar o mundo, como as coisas se unem da nanoescala para a escala humana, para que possamos ir de um mundo como este para um mundo que é mais assim.
Thank you.
Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)