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.
Aici sunt eu lucrând la un prototip de șase ore fără oprire. Muncă de sclav la propriul proiect. Așa arată activitatea „fă totul singur”. E o analogie pentru modalitatea de construcție și fabricație prezentă, bazat pe tehnici de asamblare brută. Din acest motiv am început să studiez cum să programez materialele pentru a se auto-construi.
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.
Dar există și o altă lume. Azi, la scară micro și nano, are loc o nemaiîntâlnită revoluție. Se bazează pe capacitatea de a programa materiale fizice și organice pentru a le schimba forma, proprietățile, chiar și pentru a calcula în medii diferite de silicon. Există un program numit cadnano care permite proiectarea de forme tridimensionale, ca nano-roboți sau sisteme de administrarea medicamentelor, utilizând ADN pentru auto-asamblarea acelor structuri funcționale.
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.
Dar la scară umană există probleme majore ce nu sunt abordate de aceste nano-tehnologii. Studiind felul de a construi și fabrica, observăm ineficiență rudimentară, consum de energie și tehnici de muncă excesivă. Iată un exemplu de infrastructură: sistemul de canalizare. Conductele de apă au o capacitate fixă, cu debite impuse, exceptând pompele și valvele scumpe. Le îngropăm în pământ. La orice schimbare – a mediului, dacă se deplasează pământul sau cererea de debit fluctuează – o luăm de la capăt, le scoatem și le înlocuim.
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.
Aș propune să combinăm cele două lumi, cea a materialelor nanoscalice, adaptive și programabile și cea a mediului artificial. Nu mă refer la mașini automate. Nu mă refer doar la mașini ce înlocuiesc oamenii. Mă refer la materiale programabile ce se auto-construiesc. Se numește auto-asamblare, un proces prin care componente disparate se montează într-o structură ordonată pe loc.
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.
De ce am avea nevoie dacă vrem să facem asta la scară umană? De câteva ingrediente simple. Primul este materialul și geometria, strâns legate de sursa de energie. Se poate folosi energie pasivă: căldura, forța pneumatică, gravitațională, magnetică. Și e nevoie de interacțiuni proiectate inteligent. Acestea realizează corectarea erorilor și permit formelor să treacă dintr-o stare în alta.
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.
Vă voi arăta acum câteva exemple pe care le-am realizat în sisteme uni-, bi-, tri- și chiar cvadruplu-dimensionale. În sistem unidimensional, acesta e un proiect numit proteine auto-pliante. Ideea e că iei structura tridimensională a unei proteine – în cazul nostru crambina – luăm structura moleculară – fără legături transversale, fără interacțiuni cu mediul – și o descompunem în părțile componente. Apoi o turnăm în elastic. Și când o arunc în sus și o prind, are structura tridimensională a proteinei în întreaga ei complexitate. E un model tangibil al proteinei tridimensionale și al modului ei de pliere în toată complexitatea geometrică. Deci o putem studia ca un model fizic, intuitiv. Facem asta și în sisteme bidimensionale. Coli plane se pot autoplia în structuri tridimensionale.
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.
În 3D, am avut un proiect anul trecut la TEDGlobal, cu Autodesk și Arthur Olson, în care am cercetat părțile autonome – părți individuale neconectate în prealabil, ce se pot asambla singure. Am construit aceste 500 de vase gradate. Aveau diferite structuri moleculare în interior și diverse culori ce puteau fi combinate și potrivite. Le-am împărțit tuturor TEDiștilor. Acestea au fost modele intuitive pentru a înțelege cum funcționează auto-asamblarea la scară umană. Acesta e virusul poliomielitei. Îl agiți puternic și se descompune. Apoi îl agiți la întâmplare și începe să-și corecteze erorile și-și construiește structura singură. Asta demonstrează că utilizând energie la întâmplare, se pot construi forme definite.
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.
Am demonstrat că putem face asta chiar la o scară mult mai mare. Anul trecut la TED Long Beach, am construit o instalație care construiește instalații. Întrebarea era: se pot auto-asambla obiecte de dimensiunea mobilierului? Am construit o cameră rotativă mare și oamenii puteau să vină și să învârtă camera mai repede sau mai încet cedând energie sistemului și înțelegând intuitiv funcționarea auto-asamblării și cum am putea folosi asta în construcții la scară macro sau la fabricarea unor produse.
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.
Țineți minte, am zis 4D. Deci azi, pentru prima dată, anunțăm un nou proiect, făcut în colaborare cu Stratasys, numit printare în 4D. Ideea printării în 4D e că se ia printarea în 3D multi-materială – se pot deci utiliza materiale multiple – și se adaugă o nouă capacitate, de transformare, adică de la început, părțile pot trece dintr-o structură în alta de la sine. E ca robotica fără fire sau motoare. Deci printezi complet această parte și ea se poate transforma în altceva.
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.
Am cooperat și cu Autodesk la un program făcut de ei, numit Project Cyborg. Acesta ne permite să simulăm comportamentul de auto-asamblare și să optimizăm succesiunea de pliere. Dar cel mai important, putem folosi acest program pentru a proiecta nano-sisteme de auto-asamblare și sisteme de auto-asamblare la scară umană. Acestea sunt părți care au fost printate cu proprietăți multi-materiale. Iată prima demonstrație. Un șirag înmuiat în apă ce se pliază singur în literele MIT. Sunt subiectiv. O altă mostră, un șirag imersat într-o cisternă mare care se auto-pliază într-un cub, o structură tridimensională, de la sine. Deci fără nicio interacțiune umană. Credem că e pentru prima dată când un program, o transformare a fost implantată direct în material. Ar putea fi chiar tehnica viitorului care ne va permite să realizăm o infrastructură adaptativă.
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.
Poate vă întrebați cum folosim astea pentru mediul construit? Am demarat un laborator la MIT numit Laborator de Auto-asamblare. Scopul e să realizăm materiale programabile pentru mediul construit. Și credem că sunt câteva sectoare-cheie care s-ar preta bine la asemenea aplicații. Unul ar fi cel al condițiilor extreme. Există condiții în care e greu să construiești sau în care nu se poate lucra cu tehnicile de azi, e prea mare, prea periculos, scump, sunt prea multe părți. Un exemplu bun e spațiul cosmic. Încercăm să proiectăm noi scenarii pentru acesta prin realizarea unor structuri total auto-asamblabile și reconfigurabile care pot da naștere, pas cu pas, la sisteme super-funcționale.
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.
Să ne întoarcem la infrastructură. Lucrăm cu o companie de lângă Boston, numită Geosyntec. Elaborăm o nouă paradigmă pentru sistemele de canalizare. Imaginați-vă că țevile s-ar putea dilata sau contracta pentru a-și ajusta capacitatea sau debitul sau poate chiar s-ar ondula ca peristalticele pentru a avansa apa. Nu presupune pompe sau valve scumpe. E o țeavă programabilă și auto-adaptabilă.
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.
Deci, aș vrea să vă reamintesc azi realitatea dură a asamblării în lumea noastră. Sunt lucruri complexe construite din părți componente complexe, ce se asamblează prin modalități complexe. Aș dori să vă invit, din orice sector ați face parte, să vă alăturați nouă pentru a reinventa și reimagina lumea, cum se asamblează lucrurile de la scară nano la scară umană, pentru a putea trece de la o lume ca asta la una care e mai mult așa.
Thank you.
Mulțumesc.
(Applause)
(Aplauze)