TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
Skylar Tibbits: Vznik "4D tisku"
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
3D tisk se od konce 70. let 20. století vyvíjel velmi sofistikovaně. Člen skupiny TED Fellows Skylar Tibbits naznačuje jeho další vývoj, který nazývá 4D tiskem, kde čtvrtým rozměrem je čas. Jde o vznikající technologii, která nám dovolí tisknout předměty, které budou schopny přeměnit samy sebe či se jinak samoorganizovat v průběhu času. Jen si představte: vytisknutá krychle, která se složí přímo před vašima očima, nebo vytištěné potrubí, které dokáže vnímat potřebu změnit svůj průřez.
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
Tohle jsem já, jak stavím model
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
nepřetržitě šest hodin.
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
Je to otrocká práce na vlastním projektu.
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
Takhle opravdu vypadají pohyby konstruktéra při stavbě.
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
Jsou analogií k dnešním konstrukčním a výrobním technikám,
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
kdy se k budování užívá hrubá síla.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
Což je přesně důvod, proč jsem se začal zabývat
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
programováním fyzických materiálů, aby se začaly budovat samy.
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
Existuje totiž ještě jiný svět než náš každodenní.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
Jsou jím mikro a nanorozměry,
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
kde se děje nevídaná revoluce.
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
Jde o schopnost programovat fyzické a biologické materiály tak,
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
aby měnily tvar, měnily vlastnosti
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
či dokonce prováděly výpočty mimo křemíkové obvody.
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
Dokonce existuje software nazvaný Cadnano,
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
který nám dovoluje navrhovat třírozměrné tvary,
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
například pro nanoroboty nebo systémy pro dopravu léků
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
a používat DNA k samoorganizaci funkčních struktur.
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
Podíváme-li se však naší optikou,
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
jsme jako lidé vystaveni obrovským problémům, které se však
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
v nanorozměrech neobjevují.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
Vezmeme-li v úvahu konstrukci a výrobu,
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
hlavními problémy jsou obrovská neefektivnost, spotřeba energií
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
a nadbytečné pracovní postupy.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
V případě infrastruktury se podívejme na jeden konkrétní příklad.
01:29
Take piping.
25
77250
1483
Například potrubí.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
Vodovodní trubky mají fixní průřez,
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
který umožňuje fixní objemy průtoku, pokud nepoužijeme výkonnější pumpy a ventily.
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
Zakopáváme je do země.
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
Pokud se něco změní -- dojde-li ke změnám prostředí,
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
zemětřesení nebo ke změně poptávky --
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
musíme začít úplně od začátku, tedy potrubí odstranit a vyměnit.
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
Takže bych rád navrhl, abychom propojili zmíněné dva světy,
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
abychom propojili svět programovatelných přizpůsobivých materiálů nanosvěta
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
a naše prostředí.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
A nemám na mysli automatizované stroje.
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
Nemám na mysli chytré stroje, které nahradí lidi.
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
Mám na mysli programovatelné materiály, které budou vytvářet samy sebe.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
Říká se tomu self-assembly -- samoorganizace,
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
což je proces, při němž se neuspořádané části přesunují do uspořádané struktury
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
jen pomocí místních interakcí.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
Co potřebujeme, abychom toho dosáhli v našem světě?
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
Stačí pár jednoduchých ingrediencí.
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
První z nich jsou materiály a tvary,
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
které je třeba vzájemně propojit energetickým zdrojem.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
Lze využít pasivní energie --
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
teplo, třepání, stlačený vzduch, gravitaci, magnetismus.
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
Pak jsou třeba chytře navržené interakce.
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
Tyto interakce dovolují nápravu chyb,
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
stejně tak dovolují tvarům, aby se přeměnily z jednoho stavu na druhý.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
Teď vám ukážu pár projektů, které jsme vytvořili,
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
od jednorozměrných, přes dvourozměrné a třírozměrné
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
až po čtyřrozměrné systémy.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
U jednorozměrných systémů --
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
toto je projekt nazvaný samoskládající se bílkoviny.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
Myšlenka spočívá v tom, že vezmeme třírozměrnou strukturu bílkoviny --
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
v tomto případě to je crambin --
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
vezmete jádro -- takže žádné přechodné interakce ani žádný vliv na prostředí --
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
a rozložíte jej na sérii jednotlivých komponentů.
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
Přidali jsme pružnost.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
Následně ji vyhodím do vzduchu a znovu ji chytím,
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
má zcela třírozměrnou strukturu bílkoviny, všechny její spletitosti.
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
Tohle nám poskytuje hmatatelný model
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
třírozměrné bílkoviny a procesu jejího skládání
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
a všech jejích spletitostí a tvarování.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
Takže ji můžeme studovat jako fyzický, intuitivní model.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
Rovněž ji přetváříme do dvourozměrných systémů --
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
tedy plochy, které se mohou samy přeskládat do třírozměrných struktur.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
V těchto třech dimenzích jsme dělali projekt loni na TEDGlobal
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
s Autodeskem a Arthurem Olsonem,
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
kde jsme se zabývali autonomními částmi --
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
takže jednotlivé části, které nebyly předem spojeny, se mohly samovolně spojit.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
Vytvořili jsme 500 těchto kádinek.
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
Mají různé molekulární struktury
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
a různé barvy, které se mohou promíchat a spojit.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
A rozdali jsme je účastníkům TEDu.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
Staly se intutivními modely
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
k pochopení toho, jak se molekulární samoorganizace (self-assembly) děje v lidském světě.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
Tohle je vir obrny.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
Pořádně s ním zatřesete a rozloží se na části.
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
A pak s ním náhodně třesete
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
a začne napravovat chyby a sám začne vytvářet strukturu.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
To je ukázka, jak pomocí náhodné energie
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
můžeme utvářet nenáhodné tvary.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
Také jsme dokázali, že to jde dělat i v mnohem větších měřítcích.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
Minulý rok na TED Long Beach
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
jsme vytvořili instalaci, která vytvářela instalace.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
Otázka byla, zda je možné samoorganizovat objekty velikosti nábytku ?
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
Tak jsme vyrobili velkou rotující komoru,
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
a lidé mohli přijít a točit komorou rychle či pomalu,
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
dodávat systému energii,
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
a porozumět tomu, jak self-assembly funguje
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
a jak bychom ji mohli využít
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
ke konstrukcím a výrobě objektů v makrosvětě.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
Jak si jistě vzpomínáte, zmínil jsem se i o 4D.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
Dnes úplně poprvé představíme nový projekt,
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
který provádíme ve spolupráci se Stratasys
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
a nazývá se 4D tisk.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
Hlavní myšlenka 4D tisku je,
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
že vezmeme různé materiály k 3D tisku --
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
můžeme použít nejrůznější materiály --
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
čímž získáme nové možnosti,
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
jako je transformace,
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
přímo na místě
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
se části mohou přeformovat z jednoho tvaru na jiný, zcela podle sebe.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
Je to něco jako robotika bez drátů a motorů.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
Vlastně si kompletně vytiskneme danou část,
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
která se může přetvořit v něco jiného.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
Rovněž jsme pracovali s Autodeskem na softwaru, který vyvíjejí pod názvem Projekt Cyborg.
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
Umožňuje simulovat chování samoorganizace (self-assembly)
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
a optimalizovat, které části se kdy skládají.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
Nejdůležitější je, že můžeme tento software použít
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
pro navrhování samoorganizujících se systémů v nanorozměrech,
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
stejně tak pro samoorganizující se systémy lidských rozměrů.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
Tohle jsou části, které byly vytisknuty s vlastnostmi více materiálů.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
Zde je první ukázka.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
Jednotlivé vlákno namočené ve vodě
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
se naprosto autonomně složí do
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
podoby písmen M I T.
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
Pardon, to moje profesionální deformace.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
Tohle je další část, jednotlivé vlákno, namočené ve větší nádrži,
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
které se samo složí do tvaru krychle, trojrozměrné struktury, zcela samo.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
To znamená bez jakéhokoli kontaktu s člověkem.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
Domníváme se, že je to vůbec poprvé,
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
kdy program a transformace
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
byly vloženy přímo do materiálů samotných.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
Může to být pouze výrobní postup,
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
který nám dovolí vytvářet přizpůsobivější infrastrukturu budoucnosti.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
Myslím, že vím, co si teď asi myslíte:
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
"Dobře, je to hezké, ale jak použijeme všechny tyhle záležitosti ke stavbě věcí?"
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
Z toho důvodu jsem založil na MIT laboratoř,
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
která se jmenuje Self-Assembly Lab.
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
Snažíme se zde vytvářet programovatelné materiály,
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
které by sloužily ke stavbě věcí.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
Myslíme si, že existuje několik klíčových oblastí,
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
ve kterých můžeme v blízké době spatřit výsledky v podobě aplikací.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
Jednou z těchto oblastí jsou extrémní prostředí.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
Jedná se o případy, kdy je náročné něco postavit,
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
kde naše současné konstrukční techniky nefungují,
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
protože jsou příliš velké a příliš nebezpečné, příliš nákladné a mají mnoho částí.
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
Vesmír je vynikajícím příkladem.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
Snažíme se navrhnout nové projekty ve vesmíru,
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
kde bude možné využít plně přestavitelné a samoorganizující se struktury,
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
které se budou moci měnit z jednoho specializovaného systému na druhý.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
Vraťme se ale k infrastruktuře.
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
V této oblasti pracujeme s bostonskou společností Geosyntec.
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
Vyvíjíme nový standard potrubí.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
Představte si, kdyby se potrubí mohlo rozšiřovat či smršťovat,
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
aby změnilo kapacitu nebo průtokový objem,
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
nebo možná aby se vlnilo jako peristaltika střev, čímž by pomáhalo pohybu vody.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
Nebyly by potřeba drahé pumpy a ventily.
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
Šlo by o kompletně programovatelné a přizpůsobivé potrubí.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
Chci vám dnes připomenout
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
smutnou realitu skládání v dnešním světě.
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
Jsou to složité věci vytvářené ze složitých částí,
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
které se vzájemně spojují složitými způsoby.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
Takže ať už pracujete v jakémkoli oboru, rád bych vás vyzval,
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
abyste se k nám připojili a přeměnili svět toho,
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
jak se věci vzájemně spojují, a to od nanorozměrů až po lidské rozměry,
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
abychom tak mohli přejít od světa jako je tento
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
ke světu jako je tento.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
Děkuji.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(Potlesk)
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