TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
Skylar Tibbits: Sự xuất hiện của "IN 4D"
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
Công nghệ In 3D đã phát triển tinh vi từ cuối những năm 70; thành viên của TED Skylar Tibbits đang định hướng cho một bước phát triển mới mà anh gọi là In 4D, nơi mà chiều thứ 4 là thời gian. Công nghệ mới nổi này sẽ cho phép chúng ta in những đồ vật sau đó có thể tự tái tạo hình dạng hoặc tự lắp ráp theo thời gian: Hãy thử suy nghĩ xem: Một khối lập phương có thể gấp lại trước mắt bạn, hoặc là một ống in có thể cảm nhận được nhu cầu cần phải mở rộng hoặc thu hẹp lại.
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
Đây là tôi khi đang làm một mô hình
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
trong 6 tiếng
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
Đây là việc làm lao động nô lệ cho chính dự án của mình
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
Điều này thực sự trông giống như dạng tự làm và các hoạt động sản xuất
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
Và đây cũng là điều tương tự với thế giới xây dựng và sản xuất hôm nay
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
với các kỹ thuật lắp ráp cưỡng chế.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
Và đây chính xác là lý do tại sao tôi bắt đầu nghiên cứu
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
làm thế nào để lập trình các vật liệu vật chất để tự lắp ráp
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
Tuy nhiên có một thế giới khác.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
Ngày hôm nay tại tầm vĩ mô và mức na-nô,
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
có một cuộc cách mạng chưa từng có đang xảy ra
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
Và đây là cơ hội cho việc lập trình các vật liệu vật chất và sinh học
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
để thay đổi hình dạng, thay đổi thuộc tính
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
và thậm chí tính toán được cả bề ngoài của vật liệu silicon
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
Thậm chí có cả một phần mềm gọi là Cadnano
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
cho phép chúng ta thiết kế những hình ảnh 3 chiều
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
giống như là một con rô-bốt nano hoặc là một hệ thống phân phối thuốc
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
và sử dụng ADN để tự lắp ráp những cấu trúc chức năng
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
Nhưng nếu chúng ta nhìn với mức mắt người,
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
có những vấn đề lớn không thể giải quyết được
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
bằng các công nghệ na-nô này.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
Nếu chúng ta nhìn vào lĩnh vực xây dựng và sản xuất,
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
có những hiệu suất thấp, tiêu thụ nhiều năng lượng
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
và những kỹ thuật lao động quá mức.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
Về cơ sở hạ tầng, chúng ta hãy lấy một ví dụ.
01:29
Take piping.
25
77250
1483
Về đường ống.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
Trong các đường ống nước, chúng ta có những đường ống cố định dung lượng
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
mà đã cố định lưu lượng dòng chảy, ngoại trừ máy bơm và van đắt tiền.
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
Chúng ta chôn chúng dưới đất
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
Nếu có bất cứ điều gì thay đổi - nếu môi trường thay đổi
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
nếu mặt đất chuyển dịch, hoặc thậm chí là những thay đổi theo nhu cầu--
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
chúng ta phải bắt đầu lại từ đầu, đưa chúng lên và thay thế chúng.
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
Do đó tôi muốn đề nghị rằng chúng ta có thể kết hợp hai thế giới này lại,
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
rằng chúng ta có thể kết hợp thế giới của các vật liêu na-nô có thể lập trình với vât liệu(thông thường)
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
với môi trường nhân tạo.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
Và tôi không có ý nói đến các máy móc tự động
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
I không chỉ nói đến các máy móc thông minh có thể thay thế con người.
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
Nhưng tôi muốn nói đến các vật liệu có khả năng lập trình để tự tạo.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
Và cái đó được gọi là tự lắp ráp,
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
đó là một quá trình mà các bộ phận không được sắp đặt xây dựng nên một cấu trúc đã được sắp đặt
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
thông qua các hoạt động tương tác nội bộ.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
Như vậy điều chúng ta cần là gì nếu chúng ta muốn làm việc này trên mức người?
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
Chúng ta cần có một vài nguyên liệu đơn giản
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
Nguyên liệu đầu tiên là các vật liệu và hình học,
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
và cần phải kết hợp chặt chẽ với nguồn năng lượng.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
Và bạn có thể sử dụng năng lượng thụ động --
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
như là hơi nóng, sự khuấy động, khí nén, trọng lực, từ tính
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
Và sau đó bạn cần các tương tác được thiết kế một cách thông minh.
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
Và những tương tác này cho phép việc sửa các sai sót,
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
và chúng cho phép các hình dạng đi từ dạng này đến dáng khác.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
Nên bây giờ tôi sẽ cho các bạn thấy một số dự án mà chúng tôi đã thực hiện,
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
từ hệ thống một chiều, hai chiều, ba chiều-
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
và thậm chí là từ hệ thống bốn chiều.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
Trong hệ thống một chiều--
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
đây là một dự án được gọi là protein tự gấp.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
Và ý tưởng là bạn lấy cấu trúc ba chiều của protein --
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
trong trường hợp này là protein Crambin
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
bạn lấy cột trụ-- không có liên kết ngang, không có tương tác thuộc về môi trường--
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
và bạn bẻ gãy nó thành các chuỗi các phần nhỏ
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
Và sau đó chúng ta nhúng đàn hồi.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
Và khi tôi ném vật này vào trong không khí và bắt nó,
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
nó có cấu trúc ba chiều đầy đủ của protein, tất cả các tính chất phức tạp.
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
Và điều này cho chúng tôi một mô hình hữu cơ
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
của protein ba chiều và làm cách nào để nó gấp lại
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
và tất cả những tính phức tạp của hình học.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
Do vậy chúng tôi có thể nghiên cứu nó như một mô hình vật lý trực quan.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
Và chúng tôi cũng đưa điều này vào hệ thống hai chiều--
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
để một tấm phẳng có thể tự gấp lại thành một cấu trúc ba chiều.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
Trong hệ thống 3 chiều, năm ngoái chúng tôi đã thực hiện một dự án tại TEDGlobal
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
cùng với Autodesk và Arthur Olson
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
chúng tôi đã xem xét các bộ phận tự điều khiển--
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
để các bộ phận riêng lẻ không liên kết sẵn có thể tự tìm đến với nhau.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
Và chúng tôi đã làm 500 lọ thủy tinh.
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
Chúng có cấu trúc phân tử khác nhau bên trong
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
và có màu sắc khác nhau có thể hòa trộn và phù hợp với nhau.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
Và chúng tôi đưa chúng đến cho tất cả các thành viên của TED.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
Và như vậy chúng trở thành những mô hình trực quan
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
để có thể hiểu được cách làm thế nào các phân tử tự lắp ráp hoạt động trong quy mô con người.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
Đây là vi-rút gây bệnh bại liệt.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
Bạn lắc nó thật mạnh và nó bị gẫy ra.
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
Và sau đó bạn lại lắc nó một cách ngẫu nhiên
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
và nó bắt đầu tự sửa và xây dựng cấu trúc của nó.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
Và điều này chứng minh rằng thông qua năng lượng ngẫu nhiên,
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
chúng ta có thể xây dựng những hình dạng không hề ngẫu nhiên.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
Thậm chí chúng tôi có thể chứng minh rằng chúng tôi có thể làm được điều này ở quy mô lớn hơn.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
Năm ngoái tại Hội thảo TED ở Long Beach,
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
chúng tôi đã chế tạo một thiết bị lắp đặt có thể tạo ra các thiết bị lắp đặt khác.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
Ý tưởng là, liệu chúng tôi có thể tự lắp đặt các đồ vật nội thất hay không?
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
Nên chúng tôi đã thiết kế một chiếc lồng xoay lớn,
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
và mọi người có thể đến và xoay chiếc lồng xoay đó nhanh hơn hoặc chậm hơn,
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
cung cấp năng lượng cho hệ thống
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
và hiểu biết trực quan về việc tự lắp đặt hoạt động như thế nào
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
và làm thế nào chúng ta có thể sử dụng chúng
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
như việc xây dựng ở quy mô vĩ mô hoặc các kỹ thuật sản xuất sản phẩm.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
Xin hãy nhớ rằng, tôi đã nói đến 4 chiều.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
Hôm nay là lần đầu tiên chúng tôi công bố một dự án mới,
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
hợp tác với Stratasys,
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
và được gọi là In 4D.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
Ý tưởng đằng sau của công nghệ in 4D
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
là bạn phải có in 3D đa chất liệu--
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
để bạn có thể gửi các chất liệu khác nhau--
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
và bạn thêm vào một năng lực mới,
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
đó là sự biến đổi,
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
ngay lập tức,
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
những phần có thể tự biến đổi trực tiếp từ hình dạng này sang một hình dạng khác.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
Và điều này giống như người máy không có dây điện hoặc động cơ.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
Nên bạn có thể hoàn toàn in phần này,
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
và nó có thể tự biến đổi thành một cái gì đó khác.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
Chúng tôi cũng đã hợp tác với Autodesk làm một phần mềm mà họ đang phát triển được gọi là Dự án Cyborg.
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
Và nó cho phép chúng tôi mô phỏng hành vi tự lắp ráp này
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
và tối ưu hóa thời điểm những bộ phận đang tự gấp lại.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
Tuy nhiên điều quan trọng nhất đó là chúng tôi có thể sử dụng phần mềm tương tự
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
để thiết kế hệ thống tự lắp ráp ở quy mô na-nô
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
và hệ thống tự lắp ráp trên quy mô loài người.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
Đây là những phần được in với tính chất đa nguyên.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
Đây là bằng chứng đầu tiên.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
Một dây đơn được nhúng dưới nước
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
đã hoàn toàn tự gấp lại
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
thành chữ M I T
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
Tôi đã thiên vị.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
Đây là một bộ phận khác, một dây đơn, được nhúng dưới một thùng nước lớn hơn
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
và nó đã tự gấp lại thành một khối lập phương, một cấu trúc 3 chiều.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
Không có sự tương tác của con người.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
Và chúng tôi nghĩ rằng đây là lần đầu tiên
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
một chương trình và một sự biến đổi
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
đã được nhúng trực tiếp vào bản thân các vật liệu.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
Và nó cũng chỉ có thể là kỹ thuật sản xuất
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
cho phép chúng ta đem lại nhiều cơ sở hạ tầng thích ứng hơn trong tương lai.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
Tôi biết rằng có lẽ các bạn đang suy nghĩ,
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
ok, rất tốt, nhưng làm thế nào chúng ta sử dụng bất cứ phần nào của chất liệu này cho môi trường xây dựng?
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
Tôi đã bắt đầu ở một phòng thí nghiệm ở MIT,
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
và nó được gọi là Phòng Thí Nghiệm Tự Lắp Ráp.
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
Và chúng tôi sẵn sàng cố gắng để phát triển các vật liệu có thể lập trình được
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
cho môi trường nhân tạo.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
Và chúng tôi nghĩ rằng có một số lĩnh vực then chốt
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
có khá nhiều ứng dụng ngắn hạn.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
Một trong số đó là trong môi trường khắc nghiệt.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
Có những bối cảnh rất khó xây dựng,
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
những kỹ thuật xây dựng hiện nay của chúng ta không làm gì được,
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
quá lớn, quá nguy hiểm, đắt, quá nhiều phần.
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
Và không gian là một ví dụ lớn.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
Chúng tôi đang cố gắng thiết kế một bối cảnh cho không gian
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
nơi có những cấu trúc hoàn toàn có thể cấu hình lại và tự lắp ráp
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
có thể đi từ hệ thống chức năng cao từ nơi này đến nơi khác.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
Chúng ta hãy quay lại cơ sở hạ tầng.
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
Về cơ sở hạ tầng, chúng tôi đang làm việc với một công ty bên ngoài Boston được gọi là Geosyntec.
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
Và chúng tôi đang phát triển một mô hình ống nước mới.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
Hãy tưởng tưởng rằng các đường ống nước có tểh mở rộng hay thu hẹp
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
để thay đổi lưu lượng hay thay đổi tốc độ dòng chảy,
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
hoặc thậm chí có thể uốn lượn như nhu động để tự chuyển động trong nước.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
Vì vậy đây không phải là những máy bơm hay van nước đắt tiền.
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
Đây là ống nước hoàn toàn có thể tự lập trình và thích ứng.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
Vì thế hôm nay tôi muốn gợi các bạn nhớ tới
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
những thực tế khắc nghiệt của việc lắp ráp trong thế giới của chúng ta.
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
Đây là những thứ phức tạp với những bộ phận phức tạp
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
có thể đến với nhau theo những cách phức tạp.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
Do đó tôi mong muốn được mời các bạn, những người đến từ bất cứ ngành công nghiệp nào
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
tham gia với chúng tôi trong quá trình tái phát mình và tái tạo hình ảnh của thế giới,
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
làm thế nào mọi thứ có thể tìm đến với nhau, từ mức na-nô đến tầm mắt người,
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
vì vậy chúng ta có thể đi từ một thế giới như hiện nay
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
đến một thế giới nhiều hơn thế.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
Cảm ơn các bạn.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(Vỗ tay)
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