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.
Ось я шість годин поспіль будую макет. Я вколюю на власному проекті. Так виглядає "зроби сам" підхід. Аналогічно важку ручну працю використовують в сучасному будівництві і промисловості. І саме через це я вивчаю, як додати до фізичних властивостей матеріалів програму самоконструювання.
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.
Поруч існує інший світ. Беспрецедентна революція відбувається на мікро- і нанорівнях. Вона полягає у програмуванні фізичних і біологічних матеріалів на зміну форми, властивостей, ба більше: робити обчислення поза кремнієвим середовищем. Програма cadnano створена для проектування тривимірних форм, наприклад, нанороботів або систем введення ліків, де використано молекули ДНК для функціонального самокомпонування таких структур.
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.
Але на рівні людського життя достатньо проблем, які чекають на вирішення завдяки застосуванню цих нанотехнологій. В будівництві і виробництві за низької ефективності існують величезні енергозатрати та надважка фізична праця. Ті ж проблеми з оснащенням. Наприклад - трубопроводи. Водні труби мають фіксовану пропускну здатність з обмеженою швидкістю потоку, а крім того труби і клапани коштують дорого. Вони закладаються під землю. У випадку зміни навколишнього середовища - зсув ґрунту, або зміна попиту - потрібно їх замінити і все повторити знову.
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.
Я пропоную застосувати надбання програмованих на нанорівні адаптивних матеріалів у будівництві. Я не маю на увазі ані автоматизовані пристрої, ані розумні прилади, які замінять людей. Я маю на увазі матеріали, які вміють змінюватися. Це і називається самозбирання: процес локальної взаємодії розрізнених частин з метою формування єдиної структури.
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.
Як відтворити цей досвід на рівні людини? Нам потрібно лише кілька речей. По-перше, це будуть матеріали і геометрія і відповідне джерело постачання енергії. Це може бути пасивна енергія, наприклад, тепло, вібрація, пневматика, гравітація, магнетизм. Потім потрібно розумно спроектувати процеси. Такі процеси допускатимуть коригування неточностей, а також перехід структур в різні стани.
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.
Тепер я продемонтрую вам декілька наших проектів одно-, двох-, трьох- і, навіть, чотиривимірних систем. Приклад одновимірної системи - самоскладання моделі протеїну. Ідея полягає в тому, що ви берете тільки остов тривимірної структури протеїну і розбиваєте його на компоненти. В даному випадку - це протеїн крембін. Потім ми іх компонуємо за допомогою еластичного кріплення. Якщо підкинути його вгору і знову впіймати, всі його хитросплетіння тривимірної структури самі складуться. Ми маємо фізичну модель тривимірного протеїну з його чудернацькими геометричними зламами. Це приклад інтуїтивно зрозумілої і матеріальної моделі. Ті ж приници ми застосовуємо в двовимірних системах. Пласка структура може скластися в тривимірну структуру.
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.
Минулого року на TEDGlobal ми, разом з Autodesk і Артуром Олсоном, зробили тривимірний проект, в якому автономні частини самостійно складалися разом. Ми створили 500 скляних колб. Молекулярна структура і кольори їх вмісту відрізнялись, вміст можна було розбивати на частини і знову поєднувати. Ми їх роздали всім учасникам TED. На прикладі цих моделей можна інтуїтивно зрозуміти молекулярне самозбирання в масштабах людини. Це вірус поліоміеліту. Від струшування він розпадається на частини. Від подальшого довільного струшування він самостійно відновлює свою структуру. Це демонтрація того, як довільне прикладання енергії дозволяє формувати заплановані форми.
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.
Ми також продемонстрували відновлення в макромасштабі. Минулого року на TED Long Beach ми склали інсталяцію, яка формує інші інсталяції. Ми гадали, чи можливо створити самоскладані об'єкти розміру меблів? Ми збудували камеру, яку люди обертали швидко і повільно, таким чином додаючи енергії в систему. Це дає можливість інтуїтивно зрозуміти, як застосувати ці техніки на рівні конструювання або виробництва товарів.
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.
Я обіцяв навести 4-вимірний приклад. Сьогодні вперше ми піднімемо завісу нашого спільного зі Stratasys проекту 4D друкування. Суть 4D друкування полягає в тому, що окрім багатокомпонентного 3D друкування, де поєднано композитні матеріали, додається нова функція - трансформація. Деталі відразу після надрукування трансформують свої форми. Це те саме, що роботизація, тільки без проводів і моторів. Ви надрукували деталь, яка потім може трансформувати свою форму.
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.
Спільно з Autodesk ми працювали над ПО, що називається Project Cyborg. Завдяки ньому ми можемо симулювати поведінку самоскладання і оптимізувати послідовність складання деталей. Важливо, що ми можемо використати це ПО як на нанорівні, так і на людському рівні систем самоскладання. Це процес друкування деталей з композитних матеріалів. Демонструється вперше. Суцільна частина кабеля занурююється у воду, де вона самостійно складається в напис з літер MIT. Трохи реклами не завадить. Це інша суцільна частина кабеля, занурена в більший контейнер з водою. Вона самоскладається в тривимірну структуру куба. Як бачите: ніякого людського втручання. Гадаю, це вперше програма і трансформування закладені безпосередньо в матеріалі. Ми можемо використовувати цю техніку в майбутньому для виробництва ще більш адаптивних інфраструктур.
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.
Ви, напевно, думаєте: всі ці речі цікаві, але як все це застосувати у будівництві? Я започаткував Self-Assembly Lab лабораторію в MIT. Ми намагаємось розробити програмовані матеріали для будівництва. Ми очікуємо, що деякі ключові розробки вже скоро будуть застосовані. Одна з них - для екстремального середовища. В такому середовищі важко будувати, через те, що там небезпечно, або через дороговизну, або через завеликий розмір і багатокомпонентність техніки. Чудовим прикладом є космос. Ми працюємо над новими моделями для космосу, які структурно будуть змінювати конфігурацію і самоскладатися у широкофункціональні і взаємозамінні системи.
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.
Повернемося до інфраструктури. Ми працюємо разом із бостонською компанією Geosyntec в напрямку оснащення. Ми розробляємо новий еталон трубопроводів. Тільки уявіть труби, які можуть розширюватись і звужуватись, щоб забезпечити іншу пропускну спроможність чи об'єм. Або, навіть, скорочуватись на кшталт перистальтики, щоб самостійно проштовхувати воду. І це не дорогі труби і клапани. Це автономна труба, яку можна запрограмувати на адаптацію.
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.
Тож я привертаю вашу увагу до жорстких умов конструювання, які ми зараз маємо в світі. Це складні конструкції, що будуються зі складних деталей і так само складно поєднуються між собою. Я запрошую представників різних галузей долучитись до нас у відтворенні шляхів поєднання речей з нанорівня на людський рівень. задля зміни існуючого порядку в світі на такий.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)