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.
ที่เห็นนี่คือผมกำลังพยายามสร้างต้นแบบ ซึ่งใช้เวลาต่อเนื่องถึง 6 ชั่วโมง นี่คือการใช้แรงงานเยี่ยงทาสเพื่อโครงการของตัวผมเอง นี่คือภาพการเคลื่อนที่ของการสร้างสรรค์งานด้วยตนเอง และนี่เปรียบได้กับสิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ในโลกของอุตสาหกรรมการก่อสร้างและการผลิต ที่ใช้แรงงานอย่างหนักในการประกอบชิ้นส่วน และนั่นคือเหตุผลที่ทำให้ผมเริ่มศึกษา วิธีการโปรแกรมให้วัสดุุสามารถสร้างรูปร่างได้ด้วยตัวเอง
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.
แต่มันมีอีกโลกหนึ่ง ในปัจจุบัน ที่ระดับไมโครและนาโน กำลังมีการเปลี่ยนแปลงแบบพลิกโลกเกิดขึ้น นั่นคือเราสามารถโปรแกรมวัสดุทางกายภาพ และวัสดุชีวภาพ ให้มันสามารถเปลี่ยนรูปร่าง คุณสมบัติ หรือกระทั่งคิดคำนวณโดยไม่ใช้วิถีซิลิกอน (อิเล็คทรอนิคส์) เรามีซอฟแวร์ชื่อว่า แคดนาโน (cadnano) ที่ช่วยให้เราออกแบบรูปร่างสามมิติ ดังเช่น หุ่นยนต์นาโน หรือ ระบบลำเลียงยา และใช้ ดีเอ็นเอ (DNA) ในการประกอบ สิ่งที่ทำหน้าที่ดังกล่าวขึ้นมาเอง
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.
แต่ถ้าเรามาพิจารณาในระดับขนาดของมนุษย์ มันมีปัญหาใหญ่หลายข้อที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข โดยเทคโนโลยีในระดับนาโนดังกล่าว ถ้าเราพิจารณาอุตสาหกรรมก่อสร้างและการผลิต มันมีปัญหาในแง่ความไม่มีประสิทธิภาพ สิ้นเปลืองพลังงาน และการใช้เทคนิคที่ต้องใช้แรงงานมากเกินไป ลองยกตัวอย่างอันหนึ่งในด้านโครงสร้างพื้นฐาน ระบบท่อส่งน้ำประปา เรามีท่อส่งน้ำที่มีความสามารถในการส่งปริมาณน้ำคงที่ มีค่าอัตราการไหลของน้ำที่คงที่ ยกเว้นปั๊มและวาล์วราคาแพง เราก็ฝังมันไว้ใต้ดิน ถ้ามีอะไรเปลี่ยนแปลง เช่นสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนไป พื้นเกิดการทรุดตัว หรือ ปริมาณการใช้น้ำเพิ่มขึ้น เราจะต้องทำทุกอย่างใหม่หมด เอาของเดิมออกมาแล้วทดแทนด้วยของใหม่
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.
ดังนั้น ผมอยากเสนอให้เรารวมโลกทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน โดยที่เราจะสามารถนำเอาโลกระดับนาโน ที่สามารถโปรแกรมวัสดุให้ปรับเปลี่ยนได้ รวมเข้าด้วยกันกับภาวะแวดล้อมอย่างที่เรามีอยู่ แต่ผมไม่ได้หมายถึงเครื่องจักรกลอัตโนมัตินะ ผมไม่ได้หมายถึงแค่เครื่องจักรชาญฉลาดที่ทำงานแทนมนุษย์ แต่ผมหมายถึง วัสดุที่สามารถก่อสร้างด้วยตัวเองได้ตามคำสั่งของเรา และนั่นคือสิ่งที่เรียกว่า การประกอบตัวเอง ซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างโครงสร้าง ขึ้นมาจากชิ้นส่วนที่กระจัดกระจายอยู่ ด้วยการปฏิสัมพันธ์ระหว่างชิ้นส่วนเหล่านั้น
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.
แล้วเราจะต้องทำอย่างไร ถ้าเราต้องการให้เกิดสิ่งนี้ขึ้นในระดับของมนุษย์ เราต้องการส่วนประกอบพื้นฐานสองสามอย่าง อันแรกคือวัสดุและรูปทรง และมันจะต้องผูกสัมพันธ์กับแหล่งพลังงานอย่างลงตัว คุณสามารถใช้พลังงานธรรมชาติ เช่น ความร้อน การเขย่า การสั่น แรงโน้มถ่วง หรือแรงแม่เหล็ก และคุณต้องออกแบบ การปฏิสัมพันธ์ของพวกมันอย่างชาญฉลาด และการปฏิสัมพันธ์นี้จะต้องยืดหยุ่นต่อความผิดพลาด และการปฏิสัมพันธ์จะช่วยให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่าง ขณะที่มันเปลี่ยนจากสถานะหนี่งไปยังสถานะถัดไป
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.
ตอนนี้ ผมจะแสดงให้คุณดู โครงการจำนวนหนึ่งที่เราได้ทำขึ้น จากหนึ่งมิติ สองมิติ สามมิติ และแม้กระทั่ง 4 มิติ ในระบบแบบหนึ่งมิติ นี่คือโครงการที่เรียกว่า โปรตีนที่ม้วนพับเองได้ แนวคิดก็คือคุณนำโครงสร้าง 3 มิติ ของโปรตีน --ในกรณีนี้คือโปรตีนแครมบิน (crambin)-- คุณเลือกเอาเฉพาะส่วนหลัก --ดังนั้นจะไม่มีส่วนที่เชื่อมต่อหรือส่วนที่ทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม-- แล้วคุณแยกย่อยมันออกมาเป็นลำดับของชิ้นส่วน จากนั้นเพิ่มความยืดหยุ่นเข้าไป และเมื่อผมโยนมันขึ้นไปในอากาศ แล้วรอรับตอนมันหล่นกลับลงมา มันจะเป็นโครงสร้างโปรตีน 3 มิติ พร้อมด้วยรายละเอียดที่ซับซ้อนครบถ้วน และนี่คือตัวอย่างที่จับต้องได้ ของโปรตีนในแบบ 3 มิติ และการม้วนตัวของมัน และรายละเอียดอันซับซ้อนของรูปทรง ดังนั้น เราสามารถศึกษาสิ่งนี้ในฐานะตัวอย่างหรือต้นแบบ และเราได้พัฒนามันไปสู่ระบบแบบ 2 มิติ นี่คือกระดาษที่สามารถม้วนตัวเอง เพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติขึ้นมา
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.
กรณี 3 มิติ เราได้ทำโครงการที่่ TED Global ในปีที่แล้ว ร่วมกับ Autodesk และ อาร์เธอร์ ออลสัน (Arthur Olson) พวกเราเน้นไปที่ส่วนที่เกิดขึ้นด้วยตัวมันเอง นั่นคือส่วนประกอบแต่ละชิ้นซึ่งถูกปล่อยไว้ จะสามารถเชื่อมต่อเข้าด้วยกันได้ด้วยตัวเอง และเราผลิตขวดแก้วเหล่านี้เป็นจำนวน 500 ชุด พวกมันมีโมเลกุลที่โครงสร้างต่างๆ กันอยู่ข้างใน และมีสีสันที่สามารถเลือกจัดให้เข้าชุดกันได้ เราแจกจ่ายมันให้กับผู้เข้าร่วมสัมมนา TED และมันก็กลายเป็นต้นแบบที่เข้าใจได้โดยสัญชาตญาณ ว่าการสร้างตัวเองของโมเลกุลทำงาน ในระดับขนาดปกติของคนทั่วไปอย่างไร นี่คือ เชื้อไวรัสโปลิโอ ถ้าคุณเขย่ามันแรงๆ มันจะแยกออกจากกัน จากนั้นหากคุณเขย่าไปมาอย่างมั่วๆ มันจะเริ่มกลับมารวมตัว สร้างเป็นโครงสร้างของมันอีกครั้งหนึ่ง และนี่คือการสาธิตให้เห็นว่า เราสามารถใช้พลังงานแบบไร้ระเบียบ มาสร้างรูปทรงที่แน่นอนได้
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.
เราได้เคยสาธิตให้เห็นว่าเราสามารถทำอย่างนี้ได้ ในระดับขนาดที่ใหญ่กว่านี้มาก เมื่อปีที่แล้ว ที่ TED เมืองลองบีช เราสร้างวัตถุที่สามารถสร้างวัตถุขึ้นมา แนวคิดก็คือ เราจะสามารถสร้างวัตถุที่ประกอบตัวมันเอง ที่มีขนาดใหญ่เท่าเฟอร์นิเจอร์ได้หรือไม่ เราก็เลยสร้างกล่องขนาดใหญ่ที่หมุนได้ และผู้คนสามารถเข้ามาหมุนกล่องนี้ เร็วบ้าง ช้าบ้าง เติมพลังงานใส่เข้าไปในระบบ และทำความเข้าใจว่า การประกอบชิ้นส่วนด้วยตัวเองทำงานอย่างไร และเราจะสามารถนำสิ่งนี้ ไปใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและการผลิตได้อย่างไร
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.
จำได้ไหม ผมพูดถึง 4D สี่มิติ ดังนั้น ในวันนี้ เราจะเปิดเผยโครงการ 4 มิติเป็นครั้งแรก ซึ่งเราทำงานร่วมกับ แสตรทาซี่ และเราเรียกมันว่า การพิมพ์ 4 มิติ (4D printing) แนวคิดก็คือ คุณนำเอา การพิมพ์แบบ 3 มิติ ด้วยวัสดุหลากหลาย คุณนำวัสดุหลาย ๆ อย่างมารวมกัน จากนั้นคุณก็เพิ่มความสามารถใหม่เข้าไป นั่นคือความสามารถในการเปลี่ยนรูป ที่ซึ่ง เมื่อออกจากสายการผลิต ชิ้นส่วนจะสามารถเปลี่ยนรูป จากรูปทรงหนึ่งไปยังอีกรูปทรงหนึ่งได้ด้วยตัวเอง มันเหมือนหุ่นยนต์ที่ไม่มีสายไฟ ไม่มีมอเตอร์ ดังนั้น เมื่อคุณพิมพ์ชิ้นส่วนนี้แล้วเสร็จ มันจะสามารถเปลี่ยนรูปเป็นอย่างอื่นได้
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.
และเรากำลังทำงานกับ ออโตเดส์ค (Autodesk) เพื่อพัฒนาซอฟแวร์ที่ชื่อว่า โปรเจค ไซบอร์ก (Project Cyborg) ซึ่งมันจะช่วยให้เราสามารถ จำลองพฤติกรรมการประกอบตัวเอง และพยายามปรับการม้วนพับตัวของแต่ละชิ้นส่วนให้ดีที่สุด แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือ เราสามารถใช้ซอฟแวร์เดียวกันนี้ สำหรับการออกแบบระบบการประกอบตัวเองในระดับนาโน และในระดับปกติของมนุษย์ นี่คือชิ้นส่วนที่กำลังถูกพิมพ์ด้วยวัสดุหลายชนิด และนี่คือการสาธิตครั้งแรก สายยาวอันหนึ่งถูกจุ่มลงไปในน้ำ และมันก็ม้วนตัวเอง เป็นตัวอักษร M I T ผมเข้าข้างตัวเอง นี่คือชิ้นส่วนอีกอันหนึ่ง สายยาวอันหนึ่งถูกจุ่มลงไปในถังที่ใหญ่กว่า และมันม้วนตัวเองเป็นรูปลูกบาศก์แบบ 3 มิติ โดยไม่มีมนุษย์เข้าไปยุ่งเกี่ยว เราคิดว่า นี่เป็นครั้งแรก ที่ชุดคำสั่งและการเปลี่ยนรูป ได้ถูกฝังใส่เข้าไปในตัววัสดุโดยตรง และมันอาจจะเป็นเทคนิคการผลิต ที่ช่วยให้เราสามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐาน ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ในอนาคต
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.
ผมรู้ว่าคุณอาจจะกำลังคิดว่า โอเค มันเจ๋งดีนะ แต่เราจะนำเอาของพวกนี้ มาใช้ประโยชน์กับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่แล้วได้อย่างไร ดังนั้น ผมได้ริเริ่มสร้างห้องปฏิบัติการที่ MIT เรียกว่า Self-Assembly Lab พวกเราทุ่มเทให้กับการพัฒนาวัสดุที่โปรแกรมได้ ที่สามารถใช้ได้กับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่แล้ว พวกเราคิดว่ามีบางภาคอุตสาหกรรม ที่สามารถนำไปใช้ได้ในระยะเวลาอันใกล้นี้ หนึ่งในนั้นก็คือภาคส่วนที่มีสภาพแวดล้อมรุนแรงสุดขีด นี่คือสถานการณ์ที่การก่อสร้างด้วยเทคนิคที่ใช้อยู่ปัจจุบัน ไม่สามารถทำได้ มันใหญ่เกินไป อันตรายเกินไป มีราคาแพง และมีชิ้นส่วนมากเกินไป และอวกาศก็เป็นตัวอย่างที่ดีอันหนึ่ง พวกเราพยายามออกแบบโฉมหน้าใหม่สำหรับอวกาศ ที่สามารถประกอบสร้างตัวเองและปรับเปลี่ยนโครงสร้างได้ ซึ่งสามารถเปลี่ยนจากระบบที่ทำหน้าที่หนึ่ง ไปเป็นอีกระบบซึ่งทำอีกหน้าที่หนึ่งได้
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.
กลับมาพูดถึงเรื่องโครงสร้างพื้นฐาน ด้านโครงสร้างพื้นฐาน เรากำลังทำงานกับบริษัทในบอสตัน ชื่อ Geosyntec พวกเรากำลังพัฒนาระบบท่อแบบใหม่ จิตนาการดูซิว่า ถ้าท่อน้ำสามารถขยายหรือหดตัว เพื่อเปลี่ยนปริมาณส่งน้ำ หรืออัตราการไหล หรือกระทั่งสามารถบีบตัวเพื่อขับดันน้ำ ดังนั้น นี่ก็จะเป็นปั๊มหรือวาล์วที่ราคาไม่แพง นี่คือระบบท่อที่สามารถสั่งและปรับเปลี่ยนได้โดยตัวมันเอง
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.
วันนี้ ผมอยากจะย้ำเตือนพวกท่าน ถึงความจริงที่ขมขื่นในโลกแห่งการสร้างและประกอบ มันคือสิ่งที่ซับซ้อน สร้างขึ้นด้วยชิ้นส่วนที่ซับซ้อน และประกอบเข้าด้วยกันอย่างซับซ้อน ดังนั้น ผมอยากจะเชิญพวกคุณ ไม่ว่าจะมาจากอุตสาหกรรมใด มาร่วมมือกับพวกเรา เพื่อสร้างโลกใหม่ในการสร้างและประกอบ สิ่งต่างๆ จากขนาดเล็กๆ ระดับนาโน ไปจนถึงขนาดใหญ่ที่เราคุ้นเคย เพื่อให้เราสามารถเปลี่ยนจากโลกแบบนี้ ไปเป็นโลกแบบนี้
Thank you.
ขอบคุณครับ
(Applause)
(เสียงปรบมือ)