TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
Skylar Tibbits: Powstanie drukowania w czterech wymiarach
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
Od końca lat 70-tych drukowanie 3D staje się coraz bardziej zaawansowane. TED Fellow Skylar Tibbits zapowiada kolejną nowość o nazywie drukowanie czterowymiarowe (4D), gdzie czwartym wymiarem jest czas. Ta nowa technologia pozwoli na drukowanie obiektów, które następnie będą miały wpływ na swój kształt lub zdolność samoorganizacji w czasie. Pomyśl: wydrukowany sześcian zmieniający kształt na twoich oczach, czy też drukowane rury mające zdolność "wyczuć" potrzebę rozszerzenia lub skurczenia obwodu.
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
To ja w trakcie budowy prototypu
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
sześć godzin non-stop.
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
Niewolnicza praca nad własnym projektem.
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
Tak właśnie wygląda ruch "Zrób to Sam".
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
To analogia do świata
współczesnej produkcji i konstrukcji
współczesnej produkcji i konstrukcji
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
i mozolnych technik montażowych.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
Właśnie dlatego zacząłem studiować
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
programowanie materiałów
do samo-budowy.
do samo-budowy.
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
Ale są też inne możliwości.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
Dzisiaj na poziomie mikro i nano
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
zachodzi bezprecedensowa rewolucja.
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
Możemy fizycznie i biologicznie
programować materiały tak,
programować materiały tak,
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
by zmieniały kształt lub właściwości,
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
a nawet robiły obliczenia
poza krzemową materią.
poza krzemową materią.
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
Istnieje oprogramowanie Cadnano,
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
które pozwala projektować
trójwymiarowe kształty
trójwymiarowe kształty
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
jak nano roboty
czy systemy dostarczania leków,
czy systemy dostarczania leków,
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
wykorzystujące DNA
do samodzielnego montowania struktur.
do samodzielnego montowania struktur.
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
Jednak jeśli spojrzeć na to
z perspektywy makro,
z perspektywy makro,
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
jest jeszcze mnóstwo problemów
do rozwiązania
do rozwiązania
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
w nanotechnologiach.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
W konstruowaniu i wytwarzaniu
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
istnieją poważne niedociągnięcia,
duże zużycie energii
duże zużycie energii
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
i wyczerpujące techniki pracy.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
Oto przykład z infrastruktury:
01:29
Take piping.
25
77250
1483
wodociągi.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
Udało nam się uzyskać rury
o regulowanej pojemności,
o regulowanej pojemności,
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
z wyjątkiem drogich pomp i zaworów.
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
Zakopuje się je w ziemi,
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
ale jeśli nastąpi
jakaś zmiana środowiskowa,
jakaś zmiana środowiskowa,
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
obsunie się grunt czy zmieni popyt,
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
trzeba zaczynać od początku,
wyjmować je i wymieniać.
wyjmować je i wymieniać.
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
Proponuję, by połączyć programowalne
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
i adaptacyjne nano-materiały
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
z budownictwem.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
Nie chodzi mi o automatyzację maszyn
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
czy zastąpienie ludzi maszynami.
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
Chodzi mi o samo-programujące się
i samo-budujące się materiały.
i samo-budujące się materiały.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
Nazywa się to samo-montażem
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
i polega na samodzielnym
montowaniu się części w struktury,
montowaniu się części w struktury,
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
wyłącznie za pomocą bliskiej interakcji.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
Jak przełożyć to na rozmiary makro?
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
Potrzeba kilku składników.
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
Pierwsze to materiały i geometria,
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
ścisłe związane z energią źródłową.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
Może to być energia pasywna,
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
jak ciepło, drżenie, pneumatyka,
grawitacja, magnetyzm.
grawitacja, magnetyzm.
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
Potem potrzeba
inteligentnie zaprojektowanych interakcji,
inteligentnie zaprojektowanych interakcji,
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
które pozwalają na korektę błędów
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
i zmianę kształtu.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
Pokażę kilka przedmiotów,
które zbudowaliśmy
które zbudowaliśmy
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
dzięki systemom jedno-, dwu-, trzy-,
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
a nawet czterowymiarowym.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
W systemach jednowymiarowych...
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
To projekt samo-formujących się białek.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
Bierzemy trójwymiarową strukturę białka,
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
w tym przypadku białko kramibiny.
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
Bierzemy szkielet, czyli nie ma
żadnych interakcji z otoczeniem,
żadnych interakcji z otoczeniem,
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
i rozbijamy go
na szereg części składowych,
na szereg części składowych,
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
a następnie wbudowujemy ściągacz.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
Podrzucony w górę i złapany,
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
stworzy trójwymiarową strukturę białka
z całą jej złożonością.
z całą jej złożonością.
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
Otrzymujemy konkretny,
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
trójwymiarowy model białka,
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
z całą geometryczną złożonością.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
To model fizyczny i intuicyjny.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
Można to również przełożyć
na system dwuwymiarowy.
na system dwuwymiarowy.
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
Płaskie arkusze mogące tworzyć
struktury trójwymiarowe.
struktury trójwymiarowe.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
Rok temu podczas TEDGlobal,
wspólnie z Autodesk
wspólnie z Autodesk
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
i Arthurem Olsonem prezentowaliśmy
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
trójwymiarowy model
niezależnych części,
niezależnych części,
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
które same mogły
łączyć się ze sobą.
łączyć się ze sobą.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
Zbudowaliśmy 500 szklanych zlewek
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
z różnokolorowymi
cząsteczkami w środku,
cząsteczkami w środku,
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
mogącymi się mieszać i łączyć.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
Rozdaliśmy je wszystkim TEDowiczom.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
Te intuicyjne modele pomagają zrozumieć,
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
jak molekularny montaż
działa w skali makro.
działa w skali makro.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
To wirus polio.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
Mocno wstrząsamy, a on się rozpada,
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
Mocno wstrząsamy, a on się rozpada,
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
a następnie koryguje i odbudowuje
strukturę samodzielnie.
strukturę samodzielnie.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
Pokazuje to, że przypadkowa energia
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
może tworzyć nieprzypadkowe kształty.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
Pokazaliśmy to też
na dużo większą skalę.
na dużo większą skalę.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
W zeszłym roku
podczas TED Long Beach
podczas TED Long Beach
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
zbudowaliśmy instalację
budującą inne instalacje.
budującą inne instalacje.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
Sprawdzaliśmy czy uda się stworzyć
samo-montujące się meble.
samo-montujące się meble.
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
Zbudowaliśmy ogromną wirującą komorę,
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
a ludzie przychodzili i kręcili nią,
szybciej lub wolniej,
szybciej lub wolniej,
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
dodając energię do systemu
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
i przekonując się intuicyjnie,
jak działa samo-montaż
jak działa samo-montaż
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
oraz jak można go wykorzystać
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
w konstrukcji makro
lub technologii produkcji.
lub technologii produkcji.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
Wspomniałem o czterech wymiarach.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
Dzisiaj, po raz pierwszy,
przedstawiamy nowy projekt
przedstawiamy nowy projekt
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
powstały we współpracy z Stratasys,
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
o nazwie drukowanie 4D.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
Chodzi o to,
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
że do wielomateriałowego
drukowania w 3D,
drukowania w 3D,
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
złożonego z wielu materiałów,
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
dodajemy nową zdolność,
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
czyli transformację,
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
w której cząstki
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
zmieniają kształt
bezpośrednio i samodzielnie.
bezpośrednio i samodzielnie.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
To jak robotyka,
ale bez kabli czy silników.
ale bez kabli czy silników.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
Drukuje się jakąś część,
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
a ona samodzielnie
przekształca się w coś innego.
przekształca się w coś innego.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
Pracowaliśmy też z Autodesk
nad oprogramowaniem Cyborg Project.
nad oprogramowaniem Cyborg Project.
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
Pozwala ono symulować samo-montaż
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
i może optymalizować
moment przekształcania cząstek.
moment przekształcania cząstek.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
Co najważniejsze,
można użyć tego programu
można użyć tego programu
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
zarówno do systemów
w skali nano,
w skali nano,
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
jak i systemów makro.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
Te części wydrukowano
z materiałów o różnych właściwościach.
z materiałów o różnych właściwościach.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
To pierwsza demonstracja.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
Pojedyncza nić zanurzone w wodzie
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
samodzielnie zmienia kształt
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
i układa się w litery M I T.
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
Jestem stronniczy.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
Potem pojedyncza nić
zanurzona w wodzie
zanurzona w wodzie
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
samodzielnie przybiera kształt
trójwymiarowego sześcianu.
trójwymiarowego sześcianu.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
Bez ludzkiej ingerencji.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
Chyba po raz pierwszy
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
program i transformacja
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
zostały wbudowane
bezpośrednio w materiał.
bezpośrednio w materiał.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
w przyszłości może to być
technologia produkcji
technologia produkcji
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
infrastruktury przystosowawczej.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
Zastanawiacie się pewnie,
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
jak to wykorzystać
do budowy środowiska.
do budowy środowiska.
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
Założyliśmy w MIT
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
laboratorium o nazwie
Self-Assembly Lab,
Self-Assembly Lab,
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
gdzie próbujemy stworzyć
samoprogramujące się materiały
samoprogramujące się materiały
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
do budowy środowiska.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
Uważamy, że kilka sektorów
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
może na tym wiele skorzystać.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
Na przykład w warunkach ekstremalnych.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
Tam gdzie trudno jest budować,
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
gdzie obecne techniki budowy zawodzą,
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
coś jest za duże, za drogie,
zbyt niebezpiecznie lub złożone.
zbyt niebezpiecznie lub złożone.
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
Świetnym przykładem
takiego środowiska jest kosmos.
takiego środowiska jest kosmos.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
Nasze projekty kosmiczne zawierają
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
struktury zdolne do samo-przekształcania
i samo-montażu,
i samo-montażu,
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
mogące przechodzić
z jednego systemu w drugi.
z jednego systemu w drugi.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
Wracając do infrastruktury,
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
współpracujemy z bostońską firmą
Geosyntec.
Geosyntec.
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
Opracowujemy nowe
rozwiązania dla rurociągów.
rozwiązania dla rurociągów.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
Wyobraźcie sobie rury
mogące się rozszerzać i kurczyć,
mogące się rozszerzać i kurczyć,
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
by zmieniać pojemność
lub wielkość przepływu,
lub wielkość przepływu,
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
a może i falując przepychać wodę,
jak w perystaltyce jelit.
jak w perystaltyce jelit.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
To nie są drogie pompy czy zawory,
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
to programowalne
i samoadaptujace się rury.
i samoadaptujace się rury.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
Chcę wam przypomnieć
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
o trudach realiów montażowych
dzisiejszego świata.
dzisiejszego świata.
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
Budujemy skomplikowane rzeczy
ze skomplikowanych części,
ze skomplikowanych części,
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
które łączą się
w skomplikowany sposób.
w skomplikowany sposób.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
Chciałbym zaprosić was,
niezależnie od branży,
niezależnie od branży,
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
żebyście do nas dołączyli
i zaczęli odkrywać,
i zaczęli odkrywać,
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
jak rzeczy przechodzą
od nano do makro skali,
od nano do makro skali,
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
abyśmy mogli przejść
z tego świata
z tego świata
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
do tego.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
Dziękuję.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(Brawa)
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