TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
Skylar Tibbits: De opkomst van '4D-printen'
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
3D-printen is meer gesofisticeerd geworden gegroeid sinds het eind van de jaren 70. TED-spreker Skylar Tibbits geeft vorm aan de volgende ontwikkeling, die hij 4D- printen noemt, waar de vierde dimensie tijd is. Deze opkomende technologie stelt ons in staat om objecten te printen die zichzelf kunnen omvormen of mettertijd zichzelf in elkaar zetten. Denk aan een geprint vierkant dat zich voor je ogen tot een kubus vouwt, of een geprinte leiding die zelf kan aanvoelen of ze groter of kleiner moet worden.
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
Hier bouw ik een prototype
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
6 uur achter elkaar.
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
Slavenarbeid voor mijn eigen project.
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
Zo zien doe-het-zelvers er echt uit.
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
Dit is een analogie voor de bouw- en de maakindustrie
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
met hun brute-kracht-montagetechnieken.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
Dit is precies waarom ik wilde leren hoe je
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
fysieke materialen kunt programmeren
zodat ze zichzelf bouwen.
zodat ze zichzelf bouwen.
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
Maar dat is een andere wereld.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
Op het gebied van micro- en nanotechnologie
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
is een revolutie zonder voorgaande aan de gang.
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
We kunnen fysieke en biologische materialen programmeren
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
om van vorm of eigenschap te veranderen
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
en zelfs te berekenen buiten silicium om.
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
Er is zelfs software, cadnano,
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
waarmee je 3D-vormen kunt ontwerpen
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
zoals nano-robots
of een systeem om medicijnen toe te dienen
of een systeem om medicijnen toe te dienen
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
en dat DNA gebruikt
om deze structuren zelf in elkaar te zetten.
om deze structuren zelf in elkaar te zetten.
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
Kijken we op een menselijke schaal,
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
dan zijn er veel problemen
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
waarvoor deze nanotechnologie niet helpt.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
Als we naar de bouw- en maakindustrie kijken,
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
dan is het erg inefficiënt,
gebruikt het veel energie
gebruikt het veel energie
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
en buitensporig veel mensenwerk.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
Neem een voorbeeld uit de infrastructuur.
01:29
Take piping.
25
77250
1483
Zoals leidingwerk.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
Waterleidingen hebben een vaste capaciteit,
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
met een vaste stroomsnelheid die we,
op de dure pompen en afsluiters na,
op de dure pompen en afsluiters na,
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
in de grond begraven.
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
Als er iets verandert -- de omgeving,
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
als de grond beweegt,
of er aanpassingen nodig zijn
of er aanpassingen nodig zijn
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
dan moeten we opnieuw beginnen,
het leidingwerk eruit halen en vervangen,
het leidingwerk eruit halen en vervangen,
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
Ik wil voorstellen om deze werelden te combineren
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
de wereld van programmeerbare
adaptieve materialen op nanoniveau
adaptieve materialen op nanoniveau
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
en de gebouwde wereld.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
Ik heb het niet over geautomatiseerde machines.
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
Ik bedoel niet slimme machines die mensen vervangen.
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
Ik heb het over programmeerbare materialen
die zichzelf bouwen.
die zichzelf bouwen.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
Dat heet zelfassemblage,
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
waarin delen zelf een geordende structuur bouwen
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
alleen door onderlinge interactie.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
Wat is er nodig om dit
op menselijke schaal te doen?
op menselijke schaal te doen?
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
Een paar eenvoudige ingrediënten.
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
Het eerste is materie en meetkunde,
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
en dat moet sterk aan een energiebron gelinkt zijn.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
Je kunt passieve energie gebruiken --
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
warmte, schudden, lucht, zwaartekracht, magnetisme.
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
Dan heb je slim ontworpen interacties nodig,
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
die ook een foutcorrectie hebben
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
en die de vormen laten overgaan
van een vorm naar een andere.
van een vorm naar een andere.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
Ik laat nu een paar dingen zien
die we gebouwd hebben,
die we gebouwd hebben,
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
van 1-dimensionale, 2D-, 3D-
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
en zelfs 4-dimensionale systemen.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
In een 1-dimensionaal systeem --
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
dit project heet de zelf-vouwende eiwitten.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
Het idee is dat je de 3D-structuur van een eiwit neemt --
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
in dit geval het eiwit crambine --
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
je neemt de ruggengraat, geen dwarsverbindingen,
geen omgevingsinvloeden --
geen omgevingsinvloeden --
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
en je haalt die uit elkaar
zodat je een reeks componenten hebt.
zodat je een reeks componenten hebt.
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
En dan voegen we elastiek toe.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
Als ik dit in de lucht gooi en ik vang het,
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
dan heeft het de volledige 3D-structuur van het eiwit
in alle complexiteit.
in alle complexiteit.
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
Dit geeft ons een tastbaar model
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
van een 3D-eiwit en hoe het buigt
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
met alle finesses van de meetkunde.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
We kunnen dit als een fysiek, intuïtief model bestuderen.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
We vertalen het ook in 2D-systemen --
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
zodat platte vellen zichzelf
tot 3D-structuren kunnen vouwen.
tot 3D-structuren kunnen vouwen.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
Vorig jaren deden we
een 3D-project voor TEDGlobal
een 3D-project voor TEDGlobal
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
samen met Autodesk en Arthur Olson,
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
waarbij we keken naar autonome delen --
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
afzonderlijke losse delen die zelf tot elkaar komen.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
Zo hebben we 500 van deze glazen bekers gemaakt.
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
Met verschillende moleculaire stucturen erin
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
en verschillende kleuren die gemengd
en gematcht konden worden.
en gematcht konden worden.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
We hebben ze weggegeven aan de TEDsters.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
De bekers werden intuïtieve modellen
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
om te begrijpen hoe moleculaire zelfassemblage
werkt op menselijke schaal.
werkt op menselijke schaal.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
Dit is het poliovirus.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
Als je het hard schudt, dan valt het uit elkaar.
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
Als je het willekeurig schudt,
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
dan begint de correctie
en bouwt de structuur zichzelf op.
en bouwt de structuur zichzelf op.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
Dit laat zien dat dat we door willekeurige energie
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
niet-willekeurige vormen kunnen bouwen.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
We hebben laten zien dat we dit
op veel grotere schaal kunnen doen.
op veel grotere schaal kunnen doen.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
Vorig jaar bij TED Long Beach
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
hadden we een installatie die installaties bouwt.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
De vraag was of we zelfbouwende objecten
van meubelformaat konden maken.
van meubelformaat konden maken.
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
We bouwden een grote ronddraaiende kamer,
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
waar mensen kwamen die de kamer
sneller of langzamer lieten draaien
sneller of langzamer lieten draaien
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
door energie aan het systeem toe te voegen
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
en zo intuïtief te begrijpen hoe zelfassemblage werkt
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
en hoe we dit kunnen gebruiken
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
als een techniek om producten
op macroschaal te bouwen.
op macroschaal te bouwen.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
Weet je nog, ik zei 4D.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
Vandaag onthullen we voor het eerst een nieuw project,
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
in samenwerking met Stratasys,
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
dat 4D-printen heet.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
Het idee achter 4D-printen is
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
dat je 3D-printen voor multi-materialen neemt,
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
je kunt verschillende materialen gebruiken,
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
en je voegt er een nieuwe mogelijkheid aan toe,
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
namelijk transformatie
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
zodat de delen meteen zelf
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
van een vorm naar een andere kunnen transformeren.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
Het is zoals robotica, maar zonder snoeren of motors.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
Je print dit onderdeel
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
en het kan transformeren in iets anders.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
We hebben ook met Autodesk aan software gewerkt
die zij ontwikkelen, Project Cyborg.
die zij ontwikkelen, Project Cyborg.
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
Hiermee kunnen we zelfbouwend gedrag simuleren
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
en proberen te optimaliseren
wanneer welke delen buigen.
wanneer welke delen buigen.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
Belangrijker nog is dat we
dezelfde software kunnen gebruiken
dezelfde software kunnen gebruiken
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
om zelfbouwende systemen op nanoschaal
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
en op menselijke schaal te ontwerpen.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
Deze onderdelen worden geprint
met multi-materiaaleigenschappen.
met multi-materiaaleigenschappen.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
Hier is de eerste demonstratie.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
Een koord dat natgemaakt is,
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
vouwt zich helemaal zelf
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
tot de letters MIT.
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
Ik ben partijdig.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
Dit is een ander deel, een enkel koord,
in een grotere tank
in een grotere tank
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
dat zichzelf vouwt tot een kubus,
een 3D-structuur, helemaal zelf.
een 3D-structuur, helemaal zelf.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
Zonder menselijke interactie.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
We denken dat dit de eerste keer is
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
dat een programma en een transformatie
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
direct in het materiaal ingebouwd zijn.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
Het kan precies de techniek zijn waarmee we in de toekomst
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
een meer adaptieve infrastructuur kunnen bouwen.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
Jullie denken nu waarschijnlijk, oké,
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
dat is leuk, maar hoe gebruiken we dit
in onze gebouwde omgeving?
in onze gebouwde omgeving?
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
Dus ben ik in MIT een laboratorium begonnen
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
dat het zelfassemblagelab heet.
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
We willen programmeerbare materialen ontwikkelen
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
voor de gebouwde omgeving.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
We denken dat er een paar sleutelsectoren zijn
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
met toepassingen op korte termijn.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
Een ervan is een extreme omgeving.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
Hier is het moeilijk om te bouwen,
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
onze huidige bouwtechnieken werken hier niet,
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
het is te groot, te gevaarlijk, duur, te veel onderdelen.
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
De ruimte is hier een goed voorbeeld van.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
We proberen nieuwe scenario's te ontwerpen
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
met structuren die compleet zelf-bouwend zijn
en opnieuw configureerbaar
en opnieuw configureerbaar
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
die van het ene zeer functionele systeem
naar het andere kunnen overgaan.
naar het andere kunnen overgaan.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
Laten we teruggaan naar de infrastructuur.
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
Hier werken we samen met Geosyntec,
een bedrijf uit Boston
een bedrijf uit Boston
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
We ontwerpen een nieuw paradigma voor leidingwerk.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
Stel je voor dat een waterleiding kan uitzetten of krimpen
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
om de capaciteit te veranderen, of de stroomsnelheid,
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
of dat het kan golven, zoals bij peristaltiek,
om het water zelf voort te stuwen.
om het water zelf voort te stuwen.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
Ik bedoel geen dure pompen of afsluiters.
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
Het is een volledig progammeerbare
en adaptieve leiding.
en adaptieve leiding.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
Ik wil jullie vandaag herinneren
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
aan de harde realiteit van het bouwen in deze wereld.
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
Het gaat om complexe dingen met complexe onderdelen
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
die op een complexe manier tot elkaar komen.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
Ik wil jullie uitnodigen vanuit iedere industrie
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
om je aan te sluiten en de wereld opnieuw
voor te stellen en uit te vinden
voor te stellen en uit te vinden
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
hoe zaken op nanoschaal en op menselijke schaal
in elkaar zitten
in elkaar zitten
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
zodat we van dit soort wereld
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
naar een wereld zoals deze gaan.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
Dankjewel.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(Applaus)
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