TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
سكايلار تيبيتز: نشوء الطباعة الرباعيّة الأبعاد.
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
الطباعة الثلاثيّة الأبعاد تطوّرت بطريقة معقّدة منذ أواخر السبعينات؛ سكايلر تيبيتز يساهم بتشكيل التطوّر الجديد، الذي يسمّيه الطباعة الرباعيّة الأبعاد حيث البعد الرّابع هو الزّمن.
هذه التكنولوجيا الحديثة ستسمح لنا بطباعة الأشياء قادرة فيما بعد على إعادة تشكيل أنفسها أو تجميع نفسها ذاتيّا عبر الزّمن. فكّر: مكعّب مطبوع ينطوي أمام عينيك، أو أنبوب مطبوع قادر على الاحساس بالحاجة للتمدّد أو التّقلص.
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
هذا أنا أبني نموذجا أوّليا
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
لمدّة 6 ساعات متتالية.
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
هذا عمل شاقّ لمشروعي الخاص.
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
هذا ما يبدو عليه أن تقوم بالأمور بنفسك.
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
وهذا شبيه بعمليّات البناء و التّصنيع اليوم
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
بطرق بحث شاملة.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
وهذا تماما سبب بدئي في دراسة
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
كيفيّة برمجة المواد الماديّة على بناء أنفسها.
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
لكن هناك عالم آخر.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
اليوم، على المقياس الدّقيق و النانويّ،
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
هناك ثورة لا مثيل لها.
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
وهذه القدرة على برمجة المواد الفيزيائية و البيولوجيّة
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
وتغيير الأشكال، تغيير الخصائص
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
وحتّى حوسبة خارج مادّة قائمة على السيليكوم.
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
بل أنّ هناك برمجيّة اسمها كادنانو
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
تسمح لنا بتصميم أشكال ثلاثيّة الأبعاد
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
مثل الرّوبوتات النانويّة أو أنظمة توصيل الأدوية
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
واستعمال الحمض النووي لإعادة تجميع ذاتيّة لهذه الهياكل الوظيفيّة.
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
لكن إن نظرنا من وجهة نظر الإنسان،
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
هناك العديد من المشاكل التي لم يتمّ التّعامل معها
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
عبر تلك التكنولوجيّات النانويّة.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
إن نظرنا إلى البناء و التّصنيع،
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
هناك العديد من القصور، استهلاك الطّاقة
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
وتقنيات العمل مفرطة.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
لنأخذ مثالا من البنية التحتيّة.
01:29
Take piping.
25
77250
1483
مثلا الأنابيب.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
بعض أنابيب المياه لها قدرة محدودة على الاستيعاب
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
إذ أنّ لها معدّلات تدفّق محدّدة، إلاّ إذا كانت أنابيبا وصمّامات باهضة الثّمن.
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
ويتمّ دفنها تحت الأرض.
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
إن تغيّر أيّ شيء -- إن تغيّرت البيئة،
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
الأرض تتحرّك، أو الطّلب يتغيّر --
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
نضطرّ للبدء من نقطة الصّفر، إزالة الأنابيب و استبدالها.
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
لذلك أرغب في اقتراح مزج هاذين العالمين معا،
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
عالم المواد النانوية المبرمجة القادرة على الـتّأقلم
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
وعالم بيئة البناء.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
وأنا لا أتحدّث عن آلات ممكننة.
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
لا أتحّدث وحسب عن آلات تعوّض البشر.
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
بل أقصد المواد المبرمجة القادرة على بناء ذاتها.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
ويسمىّ ذلك بالتّجمبع الذاتيّ،
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
وهو عمليّة تقوم من خلالها أجزاء فوضويّة ببناء هيكل منظّم
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
عن طريق التّفاعل الداخليّ.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
ما الذي نحتاجه إن أردنا القيام بهذا مع البشر؟
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
نحتاج بعض المكوّنات البسيطة.
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
أولّها هي المواد و الهندسة الرياضية،
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
وهذه تحتاج أن تقرن بشكل وثيق مع مصدر للطاقة.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
يمكنك أن تستعمل طاقة سلبيّة --
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
الحرارة والارتجاف والنيومتك والجاذبيّة والمغناطيسيّة.
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
ثمّ تحتاج إلى تفاعلات مصمّمة بذكاء.
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
وتلك التفاعلات تسمح باصلاح الأخطاء،
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
وهي تسمح للأشكال بأن تتحوّل من حالة إلى حالة أخرى.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
الآن سأريكم بعض المشاريع التي قمت ببنائها،
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
أنطمة ذو بعد واحد و بعدين و ثلاثة أبعاد
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
وحتّى أنظمة ذو أربعة أبعاد.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
في الأنظمة ذات البعد الواحد --
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
هذا المشروع يسمّى البروتينات الذاتيّة الطيّ.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
والفكرة هي أن تأخذ هيكلا ثلاثيّ الأبعاد لبروتين --
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
في هذه الحالة هو بروتين الكرامبين --
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
تنزع العمود الظهريّ -- إذا ما من تشابك ولا تفاعلات بيئيّة --
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
ثمّ تقوم بتقسيم ذلك إلى سلاسل من المكوّنات.
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
ثمّ نغرس مطّاطا.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
وعندما أرمي هذا في الهواء ثمّ ألتقطه،
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
يكون له الهيكلة الثلاثية الأبعاد الكاملة للبروتين، بكلّ تعقيداتها.
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
وهذا يعطينا نموذجا ملموسا
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
للبروتين الثلاثيّ الأبعاد وكيفيّة انطوائه
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
وكلّ التعقيدات الهندسيّة الرياضيّة.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
وبالتّالي نستطيع دراسته كأيّ نموذج فيزيائيّ بسيط.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
ونحن أيضا نترجم ذلك إلى أنظمة ثنائيّة الأبعاد --
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
وأيضا الأوراق المسطّحة القادرة على الطيّ الذاتيّ إلى هياكل ثلاثيّة الأبعاد.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
بالنّسبة لثلاثيّات الأبعاد، قمنا بمشروع السنة الفارطة بـ TEDGlobal
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
مع أوتودسك و آرثور أولسون
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
حيث نظرنا إلى أجزاء ذاتيّة الحكم --
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
و الأجزاء الفرديّة الغير مرتبطة مسبقا التي يمكنها أن تتشكّل معا وحدها.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
وبنينا 500 من هذه الأكواب الزجاجيّة.
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
كانت لها هياكل خلويّة مختلفة بالدّاخل
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
وألوان متعدّدة كان يمكن مزجها و مطابقتها.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
وأعطيناها لجميع الحاضرين بـTED.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
إذن فتلك أصبحت نماذج بديهيّة
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
لفهم كيفيّة عمل التجميع الذاتيّ الخلويّ في جسم الإنسان.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
هذا فيروس شلل الأطفال.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
تقوم بهزّه بقوّة ثمّ تحطيمه إلى أجزاء.
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
ثمّ تقوم بهزّه بطريقة عشوائيّة.
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
فيقوم بإصلاح الأخطاء و بناء الهيكل بنفسه.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
وهذا يبيّن أنّه وعبر طاقة عشوائيّة،
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
نستطيع أن نبني أشكالا لاعشوائية.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
بل أنّنا حتّى بيّنا أنّه بامكاننا القيام بذلك على مستويات أكبر.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
السنة الفارطة بـTED بلونغ بيتش،
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
قمنا ببني تركيب يبني التراكيب.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
الفكرة كانت، هل يمكننا صنع أشياء بحجم الأثاث وذاتيّة التّجميع؟
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
لذلك بنينا غرفة كبيرة دوّارة،
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
و النّاس كانوا يقدمون ويدوّرون الغرفة أسرع أو أبطأ،
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
بإضافة طاقة للنّظام
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
والحصول على فهم حدسيّ لكيفيّة عمل التّجميع الذاتيّ
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
وكيف يمكننا اسخدام ذلك
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
في تقنية تصنيع أو بناء منتجات كبيرة الحجم.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
تذكّروا، لقد قلت أربعة أبعاد.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
اليوم، لأوّل مرّة، سأكشف النّقاب عن مشروع جديد،
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
بالتّعاون مع ستراتاسيس،
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
ويسمّى بالطباعة الرباعيّة الأبعاد.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
الفكرة وراء الطّباعة الرباعيّة الأبعاد
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
هي أن تأخذ طابعة ثلاثيّة الأبعاد متعدّدة المواد --
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
حتّى تتمكّن من استعمال عديد المواد --
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
ثمّ تقوم بإضافة قدرة جديدة،
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
وهي التّحويل،
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
والتي تعني
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
أنّ الأجزاء يمكنها أن تتحوّل مباشرة من شكل إلى آخر بصفة ذاتيّة.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
ممّا يجعلها تشبه روبوتات دون أسلاك أو محرّكات.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
إذ تقوم بطباعة هذا الجزء كليّا،
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
ويستطيع أن يتحوّل إلى أمر آخر.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
كما نعمل أيضا مع أوتوديسك على برمجيّة يقومون بتطويرها اسمها "مشروع سايبورغ".
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
وهذا يسمح لنا بمحاكاة سلوك التجميع الذاتي
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
ومحاولة معرفة أيّة أجزاء تطوى و متى.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
لكن الأهمّ هو أنّنا نستطيع استعمال هذه البرمجيّة
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
لتصميم الأنظمة الذاتيّة التجميع على مقياس النانو
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
وأنظمة ذاتية التجميع على مقياس الإنسان.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
هذه أجزاء تْطبع بخاصيات متعدّدة المواد.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
هذا أوّل كشف.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
ظفرة واحدة تغمس في الماء
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
ثمّ تعيد تجميع ذاتيّا كليّا
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
لتكوّن الأحرف M I T.
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
أنا متحيّز.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
هذا جزء آخر، ظفرة واحدة تغمس في وعاء أكبر
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
يقوم بتجميع نفسه ذاتيّا إلى مكعّب، بنية ثلاثيّة الأبعاد.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
إذن من دون تدخل بشريّ.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
ونظنّ أنّ هذه هي المرّة الأولى
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
التي كان فيها برنامج و تحوّل
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
مجسّدين مباشرة في المواد نفسها.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
وقد تكون تلك التقنية في التصنيع
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
هي التي تسمح لنا بانتاج بنية تحتيّة أكثر قدرة للتأقلم في المستقبل.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
أعلم أنّكم على الأرجح تفكّرون،
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
حسنا، هذا رائع، لكن كيف نستغلّ أيّا من هذا لصالح بيئة البناء؟
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
بدأنا بمختبر بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا،
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
يسمّى مختبر التجميع الذاتيّ.
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
ونحن ملتزمون بمحاولة تطوير مواد قادرة للبرمجة
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
لبيئة البناء.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
ونظنّ أنّ هناك بعض القطاعات الهامّة
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
التي لها نوع من التطبيقات القريبة المدى.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
أحدها تكمن في البيئات المتطرّفة.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
هذه هي السيناريوهات حيث يصعب البناء،
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
ولن تكون تقنيات البناء الحاليّة ناجعة،
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
الأمر ضخم، خطير جدا، مكلف جدّا و به الكثير من الأجزاء.
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
والفضاء أفضل مثال على ذلك.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
نحن نحاول تصميم سيناريوهات جديدة للفضاء
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
يمكن إعادة تشكيلها كلّيا و بنى ذاتيّة التجميع
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
يمكنها أن تكون في غاية العمليّة وظيفيّا من نظام إلى آخر.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
لنعد إلى البنى التحتيّة.
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
في هذه الحالة، نحن نعمل مع شركة خارج بوسطن اسمها جيوسانتك.
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
ونحن نعمل على تطوير نموذج جديد للأنابيب.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
تصوّروا إن كانت أنابيب المياه قادرة على التمدّد أو التقلّص
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
لتغيير قابليّتها للاستيعاب أو معدّل السيلان،
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
أو ربّما تتموّج لتقوم بنفسها بتحريك المياه.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
هذه ليست أنابيبا و صمّامات مكلفة.
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
هذا أنبوب مبرمج تماما لوحده، وقادر على التأقلم بمفرده.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
لذلك أريد أن أذكّركم اليوم
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
بالحقائق المؤلمة للتجميع في عالمنا.
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
هذه هي أشياء معقّدة مبنيّة بأجزاء معقّدة
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
التي تجتمع معا بطرق معقّدة.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
لذلك أودّ أن أدعوكم كلّكم مهما تكن خلفيّتكم الصناعية
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
لتنضمّوا إلينا وتعيدون تصوّر العالم،
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
كيفيّة تجمّع الأشياء معا من المقياس النانويّ إلى البشريّ،
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
لكي ننتقل من عالم هكذا
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
إلى عالم أشبه بهذا.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
شكرا لكم.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(تصفيق)
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