TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
Скайлър Тибитс: Появата на "4D принтване"
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
3-измерното копиране се е усъвършенствало значително от края на 1970; TED стипендиантът Скайлър Тибитс споделя следващото подобрение, което нарича 4D копиране, където четвъртото измерение е време. Тази новопоявила се технология ще ни позволи да копираме обекти, които в последствие да се преобразуват или да се самосглобяват във времето. Представете си: копиран куб, който се сгъва пред очите ви, или такава тръба, способна да усети необходимостта да се разшири или свие.
Skylar Tibbits - Inventor
Skylar Tibbits, a TED Fellow, is an artist and computational architect working on "smart" components that can assemble themselves. Full bio
Skylar Tibbits, a TED Fellow, is an artist and computational architect working on "smart" components that can assemble themselves. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
This is me building a prototype
0
346
2770
Това съм аз, правещ прототип
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
6 последователни часа.
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
Това е робска работа за собствения ми проект.
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
Така изглежда процесът на ръчна изработка.
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
И той е подобие на днешния строителен и
производствен свят
производствен свят
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
с натоварващи монтажни методи.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
Точно поради това започнах да уча
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
как да програмирам физически материали да се
сглобяват сами.
сглобяват сами.
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
Но има и друг свят.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
Днес на микро и нано нива
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
се случва невиждана революция.
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
Тя е способността да програмираме физически и биологични материали
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
да менят форма, да променят свойства
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
и дори да работят извън материята на силиконова основа.
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
Дори има софтуер, наречен каднано,
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
който ни позволява да проектираме триизмерни форми
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
като нано роботи или системи за доставка на лекарства
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
и да използваме ДНК, за самосглобяване на тези функционални структури.
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
Ако погледнем от човешката страна на нещата,
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
има огромни проблеми, на които не се обръща внимание
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
от тези нано технологии.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
Ако разгледаме конструирането и производството,
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
има преобладаващи неефикасни, поглъщащи енергия
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
и прекалено трудоемки техники.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
В инфраструктурата, нека дадем само един пример,
01:29
Take piping.
25
77250
1483
тръбопроводите.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
При водните тръби имаме такива с определен обем,
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
които са с фиксирани нива на водния поток, без скъпите помпи и клапани.
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
Заравяме ги в земята.
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
Ако нещо се промени -- ако средата се промени,
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
земята се измести, или търсенето се промени --
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
трябва да започнем от нулата и да ги извадим и сменим.
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
Вярвам, че можем да съчетаем тези два свята,
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
че можем да съберем програмируемите нано адаптивни материали
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
със средата на конструиране.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
И не говоря за автоматизирани машини.
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
Нямам предвид само интелигентни машини, които заменят хората,
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
a програмируеми материали, които сами се конструират.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
Това се нарича себесглобяване,
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
което е процес, от който разпилени части конструират подредена структура
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
само чрез местно взаимодействие.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
Какво ни трябва, ако искаме да постигнем това с човешка работна ръка?
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
Няколко прости съставки.
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
Първата е материали и геометрия
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
и те трябва да са тясно свързани с енергийния източник.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
Можете да използвате и пасивна енергия --
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
топлина, трептене, пневматика, гравитация, магнетизъм.
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
А тогава ви трябват интелигентно проектирани взаимодействия.
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
Тези взаимодействия позволяват коригиране на грешки,
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
позволяват на формите да преминават от една в друга.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
Сега ще ви покажа няколко проекта, които сме направили,
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
от едномерни, двуизмерни, триизмерни
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
и дори четириизмерни системи.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
В едномерните системи --
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
това е проект, наречен самонагъващи се протеини.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
Замисълът е да вземем 3-измерната
структура на протеин --
структура на протеин --
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
в този случай е крамбинов протеин --
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
взимате основата -- няма преплитане, няма контакт със средата --
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
и го разделяме на редица елементи.
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
После добавяме еластичност.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
И когато хвърля това във въздуха и го хвана,
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
то има завършена 3D структура на протеин
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
Това ни дава реалистичен модел
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
на 3D протеина, как той се нагъва
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
и всичките му геометрични подробности.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
Така че можем да го изучаваме като физически, интуитивен образец.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
И ние прилагаме това и в 2D системи --
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
плосък лист хартия, който да може да се сгъва сам в 3-измерни структури.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
Направихме 3D проект миналата година на TEDGlobal
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
с Autodesk и Артър Олсън,
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
където разгледахме самостоятелни части --
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
които не са свързани предварително, но могат да се съберат сами.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
Направихме 500 такива стъклени чаши.
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
Имаха различна молекулярна структура
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
и различни цветове, които можеха да преливат и да се сливат.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
Раздадохме ги на TED-стърите.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
Предметите станаха интуитивни макети
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
за разбиране как действа молекулярното себесглобяване на човешко ниво.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
Това е полио вирус.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
Разтърсвате го и се разпада на парчета.
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
След това го разклащате произволно
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
и започва да коригира грешките и да сглобява сам структурата си.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
А това показва, че чрез произволна енергия,
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
можем да направим форми на неслучаен принцип.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
Дори демонстрирахме, че можем да го направим в по-големи мащаби.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
Миналата година в TED Лонг Бийч,
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
направихме инсталация, която строи инсталации.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
Искахме да проверим дали може да се самосгобяват мебели.
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
Издигнахме голяма въртяща се камера,
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
и хората идваха и я завъртаха по-силно или по-леко,
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
добавяйки енергия към системата,
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
и получаваха интуитивно разбиране как себеслобяването действа
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
и как можем да го използваме
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
в по-мащабно строителство или производствени
техники за стоки.
техники за стоки.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
Спомням си, че казах 4D.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
Днес за първи път разкриваме нов проект,
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
който е в сътрудничество с Stratasys,
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
и се нарича 4-измерно копиране.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
Замисълът му е
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
да вземем 3D копие от различни материали --
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
така че можете да депозирате множество материали --
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
и да добавим ново свойство,
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
което е преобразуване,
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
това е новост,
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
елементите могат да се преобразуват от една форма в друга сами.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
Наподобява роботика без жици и моторчета.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
Напълно копирате тази част,
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
и тя може да се трансформира в нещо друго.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
Работихме и с Autodesk по софтуер, който разработват, наречен Проект Киборг.
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
Това ни позволи да симулираме самосглобяването
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
и да опитаме да определяме кои части кога да се свиват.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
Но най-важното, можем да използваме същия софтуер
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
за разработка на самосглобяващи се системи на нано
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
и на човешко ниво.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
Това са елементи, копирани със свойства на различни материали.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
Ето първата демонстрация.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
Нишка, потопена във вода,
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
която напълно самостоятелно се огъва
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
в буквите M I T.
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
Аз съм пристрастен.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
Това е друг елемент, нишка, потопена в по-голям аквариум,
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
която се огъва в куб, 3D структура, самостоятелно.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
Няма човешка намеса.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
И вярваме, че това е първият път,
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
когато програма и преобразуване
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
са втъкани директно в материалите.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
И това може да е производственият метод,
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
който ни позволява да произвеждаме по-адаптивна инфраструктура в бъдеще.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
Знам, че вероятно си мислите:
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
"Ок, това е чудесно, но как да използваме някое от нещата в застроена среда?"
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
Имам лаборатория в MIT,
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
наречена лаборатория за самосглобяване.
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
Отдадени сме на опитите да развием програмируеми материали
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
за застроени среди.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
Вярваме, че има няколко ключови идеи,
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
които са почти приложими.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
Една е за в екстремни територии.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
Това са места, където е трудно да се строи,
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
настоящите ни строителни техники не са използваеми,
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
прекалено големи са, прекалено опасно е, прекалено скъпо, прекалено много части,
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
А пространството е добър пример за това.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
Опитваме се да изработим нови техники за места,
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
които имат напълно преконфигуриращи се и самосглобяващи се структури,
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
които да преминават от една високо функционална система към друга такава.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
Нека се върнем на инфраструктурата.
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
За нея работим с фирма от Бостън, наречена Geosyntec.
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
Разработваме нова парадигма за тръбопроводите.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
Представете си водни тръби, които могат да се разширяват или свиват
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
за да променят капацитета или водния поток,
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
или дори да се движат перисталтично, за да придвижват водата сами.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
Не говорим за скъпи помпи и клапи.
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
Това е напълно програмируема и приспособяваща се тръба.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
Искам днес да ви припомня
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
за суровите истини на сглобяването в света,
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
Това са сложни неща, построени със сложни елементи,
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
които се съчетават по сложни способи.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
Искам да ви поканя, от която и индустрия да сте,
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
да се присъедините към преоткриването и преустройството на света,
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
как нещата си пасват от микро ниво до стандартно,
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
за да се пренесем от свят като този
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
в свят подобен на този.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
Благодаря ви.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(Аплодисменти)
ABOUT THE SPEAKER
Skylar Tibbits - InventorSkylar Tibbits, a TED Fellow, is an artist and computational architect working on "smart" components that can assemble themselves.
Why you should listen
Can we create objects that assemble themselves -- that zip together like a strand of DNA or that have the ability for transformation embedded into them? These are the questions that Skylar Tibbits investigates in his Self-Assembly Lab at MIT, a cross-disciplinary research space where designers, scientists and engineers come together to find ways for disordered parts to become ordered structures.
A trained architect, designer and computer scientist, Tibbits teaches design studios at MIT’s Department of Architecture and co-teaches the seminar “How to Make (Almost) Anything” at MIT’s Media Lab. Before that, he worked at a number of design offices including Zaha Hadid Architects, Asymptote Architecture, SKIII Space Variations and Point b Design. His work has been shown at the Guggenheim Museum and the Beijing Biennale.
Tibbits has collaborated with a number of influential people over the years, including Neil Gershenfeld and The Center for Bits and Atoms, Erik and Marty Demaine at MIT, Adam Bly at SEED Media Group and Marc Fornes of THEVERYMANY. In 2007, he and Marc Fornes co-curated Scriptedbypurpose, the first exhibition focused exclusively on scripted processes within design. Also in 2007, he founded SJET, a multifaceted practice and research platform for experimental computation and design. SJET crosses disciplines from architecture and design, fabrication, computer science and robotics.
Skylar Tibbits | Speaker | TED.com