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.
Đây là tôi khi đang làm một mô hình trong 6 tiếng Đây là việc làm lao động nô lệ cho chính dự án của mình Điều này thực sự trông giống như dạng tự làm và các hoạt động sản xuất Và đây cũng là điều tương tự với thế giới xây dựng và sản xuất hôm nay với các kỹ thuật lắp ráp cưỡng chế. Và đây chính xác là lý do tại sao tôi bắt đầu nghiên cứu làm thế nào để lập trình các vật liệu vật chất để tự lắp ráp
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.
Tuy nhiên có một thế giới khác. Ngày hôm nay tại tầm vĩ mô và mức na-nô, có một cuộc cách mạng chưa từng có đang xảy ra Và đây là cơ hội cho việc lập trình các vật liệu vật chất và sinh học để thay đổi hình dạng, thay đổi thuộc tính và thậm chí tính toán được cả bề ngoài của vật liệu silicon Thậm chí có cả một phần mềm gọi là Cadnano cho phép chúng ta thiết kế những hình ảnh 3 chiều giống như là một con rô-bốt nano hoặc là một hệ thống phân phối thuốc và sử dụng ADN để tự lắp ráp những cấu trúc chức năng
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.
Nhưng nếu chúng ta nhìn với mức mắt người, có những vấn đề lớn không thể giải quyết được bằng các công nghệ na-nô này. Nếu chúng ta nhìn vào lĩnh vực xây dựng và sản xuất, có những hiệu suất thấp, tiêu thụ nhiều năng lượng và những kỹ thuật lao động quá mức. Về cơ sở hạ tầng, chúng ta hãy lấy một ví dụ. Về đường ống. Trong các đường ống nước, chúng ta có những đường ống cố định dung lượng mà đã cố định lưu lượng dòng chảy, ngoại trừ máy bơm và van đắt tiền. Chúng ta chôn chúng dưới đất Nếu có bất cứ điều gì thay đổi - nếu môi trường thay đổi nếu mặt đất chuyển dịch, hoặc thậm chí là những thay đổi theo nhu cầu-- chúng ta phải bắt đầu lại từ đầu, đưa chúng lên và thay thế chúng.
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.
Do đó tôi muốn đề nghị rằng chúng ta có thể kết hợp hai thế giới này lại, rằng chúng ta có thể kết hợp thế giới của các vật liêu na-nô có thể lập trình với vât liệu(thông thường) với môi trường nhân tạo. Và tôi không có ý nói đến các máy móc tự động I không chỉ nói đến các máy móc thông minh có thể thay thế con người. Nhưng tôi muốn nói đến các vật liệu có khả năng lập trình để tự tạo. Và cái đó được gọi là tự lắp ráp, đó là một quá trình mà các bộ phận không được sắp đặt xây dựng nên một cấu trúc đã được sắp đặt thông qua các hoạt động tương tác nội bộ.
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.
Như vậy điều chúng ta cần là gì nếu chúng ta muốn làm việc này trên mức người? Chúng ta cần có một vài nguyên liệu đơn giản Nguyên liệu đầu tiên là các vật liệu và hình học, và cần phải kết hợp chặt chẽ với nguồn năng lượng. Và bạn có thể sử dụng năng lượng thụ động -- như là hơi nóng, sự khuấy động, khí nén, trọng lực, từ tính Và sau đó bạn cần các tương tác được thiết kế một cách thông minh. Và những tương tác này cho phép việc sửa các sai sót, và chúng cho phép các hình dạng đi từ dạng này đến dáng khác.
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.
Nên bây giờ tôi sẽ cho các bạn thấy một số dự án mà chúng tôi đã thực hiện, từ hệ thống một chiều, hai chiều, ba chiều- và thậm chí là từ hệ thống bốn chiều. Trong hệ thống một chiều-- đây là một dự án được gọi là protein tự gấp. Và ý tưởng là bạn lấy cấu trúc ba chiều của protein -- trong trường hợp này là protein Crambin bạn lấy cột trụ-- không có liên kết ngang, không có tương tác thuộc về môi trường-- và bạn bẻ gãy nó thành các chuỗi các phần nhỏ Và sau đó chúng ta nhúng đàn hồi. Và khi tôi ném vật này vào trong không khí và bắt nó, nó có cấu trúc ba chiều đầy đủ của protein, tất cả các tính chất phức tạp. Và điều này cho chúng tôi một mô hình hữu cơ của protein ba chiều và làm cách nào để nó gấp lại và tất cả những tính phức tạp của hình học. Do vậy chúng tôi có thể nghiên cứu nó như một mô hình vật lý trực quan. Và chúng tôi cũng đưa điều này vào hệ thống hai chiều-- để một tấm phẳng có thể tự gấp lại thành một cấu trúc ba chiều.
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.
Trong hệ thống 3 chiều, năm ngoái chúng tôi đã thực hiện một dự án tại TEDGlobal cùng với Autodesk và Arthur Olson chúng tôi đã xem xét các bộ phận tự điều khiển-- để các bộ phận riêng lẻ không liên kết sẵn có thể tự tìm đến với nhau. Và chúng tôi đã làm 500 lọ thủy tinh. Chúng có cấu trúc phân tử khác nhau bên trong và có màu sắc khác nhau có thể hòa trộn và phù hợp với nhau. Và chúng tôi đưa chúng đến cho tất cả các thành viên của TED. Và như vậy chúng trở thành những mô hình trực quan để có thể hiểu được cách làm thế nào các phân tử tự lắp ráp hoạt động trong quy mô con người. Đây là vi-rút gây bệnh bại liệt. Bạn lắc nó thật mạnh và nó bị gẫy ra. Và sau đó bạn lại lắc nó một cách ngẫu nhiên và nó bắt đầu tự sửa và xây dựng cấu trúc của nó. Và điều này chứng minh rằng thông qua năng lượng ngẫu nhiên, chúng ta có thể xây dựng những hình dạng không hề ngẫu nhiên.
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.
Thậm chí chúng tôi có thể chứng minh rằng chúng tôi có thể làm được điều này ở quy mô lớn hơn. Năm ngoái tại Hội thảo TED ở Long Beach, chúng tôi đã chế tạo một thiết bị lắp đặt có thể tạo ra các thiết bị lắp đặt khác. Ý tưởng là, liệu chúng tôi có thể tự lắp đặt các đồ vật nội thất hay không? Nên chúng tôi đã thiết kế một chiếc lồng xoay lớn, và mọi người có thể đến và xoay chiếc lồng xoay đó nhanh hơn hoặc chậm hơn, cung cấp năng lượng cho hệ thống và hiểu biết trực quan về việc tự lắp đặt hoạt động như thế nào và làm thế nào chúng ta có thể sử dụng chúng như việc xây dựng ở quy mô vĩ mô hoặc các kỹ thuật sản xuất sản phẩm.
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.
Xin hãy nhớ rằng, tôi đã nói đến 4 chiều. Hôm nay là lần đầu tiên chúng tôi công bố một dự án mới, hợp tác với Stratasys, và được gọi là In 4D. Ý tưởng đằng sau của công nghệ in 4D là bạn phải có in 3D đa chất liệu-- để bạn có thể gửi các chất liệu khác nhau-- và bạn thêm vào một năng lực mới, đó là sự biến đổi, ngay lập tức, những phần có thể tự biến đổi trực tiếp từ hình dạng này sang một hình dạng khác. Và điều này giống như người máy không có dây điện hoặc động cơ. Nên bạn có thể hoàn toàn in phần này, và nó có thể tự biến đổi thành một cái gì đó khác.
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.
Chúng tôi cũng đã hợp tác với Autodesk làm một phần mềm mà họ đang phát triển được gọi là Dự án Cyborg. Và nó cho phép chúng tôi mô phỏng hành vi tự lắp ráp này và tối ưu hóa thời điểm những bộ phận đang tự gấp lại. Tuy nhiên điều quan trọng nhất đó là chúng tôi có thể sử dụng phần mềm tương tự để thiết kế hệ thống tự lắp ráp ở quy mô na-nô và hệ thống tự lắp ráp trên quy mô loài người. Đây là những phần được in với tính chất đa nguyên. Đây là bằng chứng đầu tiên. Một dây đơn được nhúng dưới nước đã hoàn toàn tự gấp lại thành chữ M I T Tôi đã thiên vị. Đây là một bộ phận khác, một dây đơn, được nhúng dưới một thùng nước lớn hơn và nó đã tự gấp lại thành một khối lập phương, một cấu trúc 3 chiều. Không có sự tương tác của con người. Và chúng tôi nghĩ rằng đây là lần đầu tiên một chương trình và một sự biến đổi đã được nhúng trực tiếp vào bản thân các vật liệu. Và nó cũng chỉ có thể là kỹ thuật sản xuất cho phép chúng ta đem lại nhiều cơ sở hạ tầng thích ứng hơn trong tương lai.
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.
Tôi biết rằng có lẽ các bạn đang suy nghĩ, ok, rất tốt, nhưng làm thế nào chúng ta sử dụng bất cứ phần nào của chất liệu này cho môi trường xây dựng? Tôi đã bắt đầu ở một phòng thí nghiệm ở MIT, và nó được gọi là Phòng Thí Nghiệm Tự Lắp Ráp. Và chúng tôi sẵn sàng cố gắng để phát triển các vật liệu có thể lập trình được cho môi trường nhân tạo. Và chúng tôi nghĩ rằng có một số lĩnh vực then chốt có khá nhiều ứng dụng ngắn hạn. Một trong số đó là trong môi trường khắc nghiệt. Có những bối cảnh rất khó xây dựng, những kỹ thuật xây dựng hiện nay của chúng ta không làm gì được, quá lớn, quá nguy hiểm, đắt, quá nhiều phần. Và không gian là một ví dụ lớn. Chúng tôi đang cố gắng thiết kế một bối cảnh cho không gian nơi có những cấu trúc hoàn toàn có thể cấu hình lại và tự lắp ráp có thể đi từ hệ thống chức năng cao từ nơi này đến nơi khác.
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.
Chúng ta hãy quay lại cơ sở hạ tầng. Về cơ sở hạ tầng, chúng tôi đang làm việc với một công ty bên ngoài Boston được gọi là Geosyntec. Và chúng tôi đang phát triển một mô hình ống nước mới. Hãy tưởng tưởng rằng các đường ống nước có tểh mở rộng hay thu hẹp để thay đổi lưu lượng hay thay đổi tốc độ dòng chảy, hoặc thậm chí có thể uốn lượn như nhu động để tự chuyển động trong nước. Vì vậy đây không phải là những máy bơm hay van nước đắt tiền. Đây là ống nước hoàn toàn có thể tự lập trình và thích ứng.
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.
Vì thế hôm nay tôi muốn gợi các bạn nhớ tới những thực tế khắc nghiệt của việc lắp ráp trong thế giới của chúng ta. Đây là những thứ phức tạp với những bộ phận phức tạp có thể đến với nhau theo những cách phức tạp. Do đó tôi mong muốn được mời các bạn, những người đến từ bất cứ ngành công nghiệp nào tham gia với chúng tôi trong quá trình tái phát mình và tái tạo hình ảnh của thế giới, làm thế nào mọi thứ có thể tìm đến với nhau, từ mức na-nô đến tầm mắt người, vì vậy chúng ta có thể đi từ một thế giới như hiện nay đến một thế giới nhiều hơn thế.
Thank you.
Cảm ơn các bạn.
(Applause)
(Vỗ tay)