TED2013
Skylar Tibbits: The emergence of "4D printing"
Скайлар Тиббитс: появление 4D печати
Filmed:
Readability: 5.3
2,855,362 views
Трёхмерная печать известна уже более тридцати лет. Стипендиат программы TED Fellows Скайлар Тиббитс демонстрирует нам новое направление, называемое им 4D печать, в котором роль четвёртого измерения играет время. Эта технология позволит нам распечатывать объекты, которые трансформируются и собираются самостоятельно за какое-то время. Представьте: распечатанный куб, который собирается прямо у вас на глазах, или труба, способная сообразить, сколько воды вам нужно в данный момент.
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
На видео — я. Изготавливаю прототип
00:15
for six hours straight.
1
3116
2920
шесть часов подряд.
00:18
This is slave labor to my own project.
2
6036
3921
Эта тяжёлая работа —
для моего собственного проекта.
для моего собственного проекта.
00:21
This is what the DIY and maker movements really look like.
3
9957
4990
Вот так выглядят самодельные проекты.
00:26
And this is an analogy for today's construction and manufacturing world
4
14947
4766
Это подобно современному миру
строительства и производства
строительства и производства
00:31
with brute-force assembly techniques.
5
19713
2788
с применением технологии
сборки грубой силой.
сборки грубой силой.
00:34
And this is exactly why I started studying
6
22501
2834
Поэтому-то я и начал изучать,
каким образом можно
каким образом можно
00:37
how to program physical materials to build themselves.
7
25335
4269
запрограммировать материалы
на самоорганизацию в пространстве.
на самоорганизацию в пространстве.
00:41
But there is another world.
8
29604
1760
Но есть и другая сфера.
00:43
Today at the micro- and nanoscales,
9
31364
1995
На микро- и наноуровнях сейчас происходит
00:45
there's an unprecedented revolution happening.
10
33359
2751
невиданное до сих пор развитие технологий.
00:48
And this is the ability to program physical and biological materials
11
36110
4132
Это — возможность программировать
неживую и живую материю
неживую и живую материю
00:52
to change shape, change properties
12
40242
2724
на изменение формы и свойств
00:54
and even compute outside of silicon-based matter.
13
42966
2986
и даже на выполнение вычислений
без использования кремниевых устройств.
без использования кремниевых устройств.
00:57
There's even a software called cadnano
14
45952
2507
Существует пакет
программного обеспечения cadnano,
программного обеспечения cadnano,
01:00
that allows us to design three-dimensional shapes
15
48459
2783
который позволяет
разрабатывать трёхмерные формы
разрабатывать трёхмерные формы
01:03
like nano robots or drug delivery systems
16
51242
3084
вроде нанороботов или устройств,
доставляющих лекарства в ткани
доставляющих лекарства в ткани
01:06
and use DNA to self-assemble those functional structures.
17
54326
4303
и использовать ДНК
для их самопроизвольной сборки.
для их самопроизвольной сборки.
01:10
But if we look at the human scale,
18
58629
2073
Однако в более привычном для нас масштабе
01:12
there's massive problems that aren't being addressed
19
60702
3056
существуют другие проблемы,
01:15
by those nanoscale technologies.
20
63758
2368
не связанные с нанотехнологиями.
01:18
If we look at construction and manufacturing,
21
66126
2099
Если мы обратимся
к проектированию и производству,
к проектированию и производству,
01:20
there's major inefficiencies, energy consumption
22
68225
4193
то увидим постоянные препятствия,
излишнее потребление энергии
излишнее потребление энергии
01:24
and excessive labor techniques.
23
72418
2327
и неэффективные методы работы.
01:26
In infrastructure, let's just take one example.
24
74745
2505
Я приведу один пример.
01:29
Take piping.
25
77250
1483
Например, трубопровод.
01:30
In water pipes, we have fixed-capacity water pipes
26
78733
3725
По существующей технологии производятся
трубы ограниченной пропускной способности,
трубы ограниченной пропускной способности,
01:34
that have fixed flow rates, except for expensive pumps and valves.
27
82458
4459
требующие дополнительного укрепления
и искусственной подкачки воды.
и искусственной подкачки воды.
01:38
We bury them in the ground.
28
86917
1291
Мы зарываем их под землю.
01:40
If anything changes -- if the environment changes,
29
88208
2621
Но если что-либо изменяется: условия,
01:42
the ground moves, or demand changes --
30
90829
2637
тектоника, наши потребности,
01:45
we have to start from scratch and take them out and replace them.
31
93466
4250
то — начинай всё с начала, выкапывай и заменяй.
01:49
So I'd like to propose that we can combine those two worlds,
32
97716
3368
Так вот, мне бы хотелось
рассказать, как сделать возможным
рассказать, как сделать возможным
01:53
that we can combine the world of the nanoscale programmable adaptive materials
33
101084
5171
использование нано-принципов
самоорганизации и адаптации
самоорганизации и адаптации
01:58
and the built environment.
34
106255
1677
для нашего с вами мира.
01:59
And I don't mean automated machines.
35
107932
2186
И я имею в виду не электрические приборы.
02:02
I don't just mean smart machines that replace humans.
36
110118
2459
И не просто роботов,
которые призваны заменить людей.
которые призваны заменить людей.
02:04
But I mean programmable materials that build themselves.
37
112577
3884
Я имею в виду
самоорганизующиеся материалы.
самоорганизующиеся материалы.
02:08
And that's called self-assembly,
38
116461
2056
Вот что это такое:
02:10
which is a process by which disordered parts build an ordered structure
39
118517
4517
неупорядоченные части самопроизвольно
образуют структуру предмета или вещества,
образуют структуру предмета или вещества,
02:15
through only local interaction.
40
123034
2493
взаимодействуя между собой.
02:17
So what do we need if we want to do this at the human scale?
41
125527
3175
Как же перенести этот механизм
в большой масштаб?
в большой масштаб?
02:20
We need a few simple ingredients.
42
128702
1975
Требуется несколько простых ингредиентов.
02:22
The first ingredient is materials and geometry,
43
130677
2839
Первый — это материал и его конфигурация,
02:25
and that needs to be tightly coupled with the energy source.
44
133516
3469
которые должны быть
связаны с источником энергии.
связаны с источником энергии.
02:28
And you can use passive energy --
45
136985
1658
Можно использовать пассивную энергию,
02:30
so heat, shaking, pneumatics, gravity, magnetics.
46
138643
4684
такую как жар, тряска,
давление воздуха, притяжение, магнетизм.
давление воздуха, притяжение, магнетизм.
02:35
And then you need smartly designed interactions.
47
143327
3075
Затем, нужно
хорошенько продумать взаимодействия.
хорошенько продумать взаимодействия.
02:38
And those interactions allow for error correction,
48
146402
2133
Они должны также допускать
исправление возникающих ошибок,
исправление возникающих ошибок,
02:40
and they allow the shapes to go from one state to another state.
49
148535
4000
которые возникают в процессе
превращения одного объекта в другой.
превращения одного объекта в другой.
02:44
So now I'm going to show you a number of projects that we've built,
50
152535
3232
Вот чего мы добились, работая
02:47
from one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional
51
155767
3284
над одно-, двух-, трёхмерными
02:51
and even four-dimensional systems.
52
159051
3067
и даже четырёхмерными системами.
02:54
So in one-dimensional systems --
53
162118
1886
Итак, одномерные системы.
02:56
this is a project called the self-folding proteins.
54
164004
2907
Этот проект называется самоструктурирующаяся молекула белка.
02:58
And the idea is that you take the three-dimensional structure of a protein --
55
166911
4707
Можно получить трёхмерную
структуру такой молекулы,
структуру такой молекулы,
03:03
in this case it's the crambin protein --
56
171618
2681
в данном случае это белок
растения рода крестоцветных,
растения рода крестоцветных,
03:06
you take the backbone -- so no cross-linking, no environmental interactions --
57
174299
3646
работая только с атомными связями,
исключая любое воздействие среды.
исключая любое воздействие среды.
03:09
and you break that down into a series of components.
58
177945
3151
Мы разбиваем его
на некоторое количество частей,
на некоторое количество частей,
03:13
And then we embed elastic.
59
181096
2274
а затем вшиваем в него упругий тяж.
03:15
And when I throw this up into the air and catch it,
60
183370
2341
Я бросаю его в воздух,
а ловлю уже другой объект,
а ловлю уже другой объект,
03:17
it has the full three-dimensional structure of the protein, all of the intricacies.
61
185711
4851
трёхмерную модель структуры белка
во всей своей сложности.
во всей своей сложности.
03:22
And this gives us a tangible model
62
190562
2100
Мы получили действующий образец
03:24
of the three-dimensional protein and how it folds
63
192662
3734
этой молекулы и того,
как она складывается в процессе синтеза,
как она складывается в процессе синтеза,
03:28
and all of the intricacies of the geometry.
64
196396
2284
с соблюдением всех подробностей процесса.
03:30
So we can study this as a physical, intuitive model.
65
198680
3448
Теперь у нас перед глазами
есть ощутимая, наглядная модель.
есть ощутимая, наглядная модель.
03:34
And we're also translating that into two-dimensional systems --
66
202128
2802
То же и с двухмерными системами,
03:36
so flat sheets that can self-fold into three-dimensional structures.
67
204930
4299
когда плоские предметы организуются
в объёмные фигуры самопроизвольно.
в объёмные фигуры самопроизвольно.
03:41
In three dimensions, we did a project last year at TEDGlobal
68
209229
4453
Мы демонстрировали возможности
трёхмерных структур на TEDGlobal
трёхмерных структур на TEDGlobal
03:45
with Autodesk and Arthur Olson
69
213682
1964
с помощью Autodesk и Артура Олсона,
03:47
where we looked at autonomous parts --
70
215646
1698
когда отдельные компоненты системы
03:49
so individual parts not pre-connected that can come together on their own.
71
217344
4319
могут объединяться в правильном порядке.
03:53
And we built 500 of these glass beakers.
72
221663
2766
Мы сделали 500 таких мензурок
03:56
They had different molecular structures inside
73
224429
2467
с разными молекулярными структурами внутри
03:58
and different colors that could be mixed and matched.
74
226896
2224
и разноцветными частями,
подходящими друг к другу.
подходящими друг к другу.
04:01
And we gave them away to all the TEDsters.
75
229120
2249
И раздали их всем участникам конференции.
04:03
And so these became intuitive models
76
231369
2501
Чтобы наглядно показать,
04:05
to understand how molecular self-assembly works at the human scale.
77
233870
3492
как работает самоорганизация
в человеческом масштабе.
в человеческом масштабе.
04:09
This is the polio virus.
78
237362
1817
Это — вирус полиомиелита.
04:11
You shake it hard and it breaks apart.
79
239179
1932
Мы с силой трясём его, чтобы разрушить.
04:13
And then you shake it randomly
80
241111
1446
А затем снова трясём,
04:14
and it starts to error correct and built the structure on its own.
81
242557
3504
чтобы он образовал упорядоченную систему.
04:18
And this is demonstrating that through random energy,
82
246061
2967
Это показывает, как можно направить
случайным образом приложенную энергию
случайным образом приложенную энергию
04:21
we can build non-random shapes.
83
249028
4628
на построение геометрических структур.
04:25
We even demonstrated that we can do this at a much larger scale.
84
253656
3524
Мы также показали, что этот же принцип
применим в гораздо больших масштабах.
применим в гораздо больших масштабах.
04:29
Last year at TED Long Beach,
85
257180
2154
В прошлом году на TED в Лонг-бич
04:31
we built an installation that builds installations.
86
259334
3211
мы установили инсталляцию,
производящую другие инсталляции.
производящую другие инсталляции.
04:34
The idea was, could we self-assemble furniture-scale objects?
87
262545
3537
Мы пытались понять, возможна ли
самоорганизация предметов размером, скажем, со стул?
самоорганизация предметов размером, скажем, со стул?
04:38
So we built a large rotating chamber,
88
266082
2501
Так что мы построили
огромную вращающуюся камеру,
огромную вращающуюся камеру,
04:40
and people would come up and spin the chamber faster or slower,
89
268583
3213
в которую могли зайти люди
и вращать её с разной скоростью,
и вращать её с разной скоростью,
04:43
adding energy to the system
90
271796
1585
сообщая ей энергию
04:45
and getting an intuitive understanding of how self-assembly works
91
273381
3446
и приобретая понимание того,
как работает самоорганизация,
как работает самоорганизация,
04:48
and how we could use this
92
276827
1379
а также как мы могли бы это использовать
04:50
as a macroscale construction or manufacturing technique for products.
93
278206
4746
в проектировании и производстве.
04:54
So remember, I said 4D.
94
282952
1667
Помните, я упоминал 4D.
04:56
So today for the first time, we're unveiling a new project,
95
284619
3695
Сегодня я впервые расскажу о новом проекте,
05:00
which is a collaboration with Stratasys,
96
288314
1886
создаваемом в сотрудничестве со Stratasys,
05:02
and it's called 4D printing.
97
290200
1835
мы назвали его 4D копирование.
05:04
The idea behind 4D printing
98
292035
1960
Смысл в том,
05:05
is that you take multi-material 3D printing --
99
293995
3000
что можно взять за основу 3D изделие,
05:08
so you can deposit multiple materials --
100
296995
2189
возможно, состоящее из нескольких материалов,
05:11
and you add a new capability,
101
299184
1884
и добавить новое свойство,
05:13
which is transformation,
102
301068
1866
трансформацию,
05:14
that right off the bed,
103
302934
1317
таким образом, что
05:16
the parts can transform from one shape to another shape directly on their own.
104
304251
4327
части приобретают способность
видоизменяться полностью самостоятельно.
видоизменяться полностью самостоятельно.
05:20
And this is like robotics without wires or motors.
105
308578
3500
Это похоже на роботостроение,
только без электричества и приводов.
только без электричества и приводов.
05:24
So you completely print this part,
106
312078
1651
Итак, мы распечатываем одну часть,
05:25
and it can transform into something else.
107
313729
2804
и она трансформируется в нечто иное.
05:28
We also worked with Autodesk on a software they're developing called Project Cyborg.
108
316533
4961
Кстати, проект Киборг,
над которым работает Autodesk
над которым работает Autodesk
05:33
And this allows us to simulate this self-assembly behavior
109
321494
3123
позволяет нам симулировать
этот механизм самоорганизации
этот механизм самоорганизации
05:36
and try to optimize which parts are folding when.
110
324617
3202
так что мы можем
совершенствовать процесс.
совершенствовать процесс.
05:39
But most importantly, we can use this same software
111
327819
2730
Важнее всего то,
что мы можем моделировать его,
что мы можем моделировать его,
05:42
for the design of nanoscale self-assembly systems
112
330549
2908
чтобы разрабатывать системы
05:45
and human scale self-assembly systems.
113
333457
2843
на нано- и макроуровнях.
05:48
These are parts being printed with multi-material properties.
114
336300
3513
Вот эти распечатанные на 3D принтере
части состоят из нескольких материалов.
части состоят из нескольких материалов.
05:51
Here's the first demonstration.
115
339813
1717
Демонстрируется в первый раз.
05:53
A single strand dipped in water
116
341530
1904
Одна нить, погруженная в воду,
05:55
that completely self-folds on its own
117
343434
2349
складывается сама по себе
05:57
into the letters M I T.
118
345783
3918
в надпись MIT.
06:01
I'm biased.
119
349701
1822
Отсылки, знаете ли.
06:03
This is another part, single strand, dipped in a bigger tank
120
351523
3449
Вот другая часть, плоская цепь,
погруженная в ёмкость большего размера,
погруженная в ёмкость большего размера,
06:06
that self-folds into a cube, a three-dimensional structure, on its own.
121
354972
4623
она самопроизвольно превращается
в трёхмерную кубическую структуру.
в трёхмерную кубическую структуру.
06:11
So no human interaction.
122
359595
1851
Никакого вмешательства человека.
06:13
And we think this is the first time
123
361446
1889
Впервые в истории мы сумели
06:15
that a program and transformation
124
363335
2247
заложить программу к трансформации
06:17
has been embedded directly into the materials themselves.
125
365582
3250
в само вещество, из которого состоит предмет.
06:20
And it also might just be the manufacturing technique
126
368832
2730
Если говорить
о производственных технологиях,
о производственных технологиях,
06:23
that allows us to produce more adaptive infrastructure in the future.
127
371562
4134
то это позволит нам изготавливать
адаптивные элементы инфраструктуры в будущем.
адаптивные элементы инфраструктуры в будущем.
06:27
So I know you're probably thinking,
128
375696
1186
Вы, наверное, думаете:
06:28
okay, that's cool, but how do we use any of this stuff for the built environment?
129
376882
4232
ладно, это прикольно, конечно,
но какая от этого польза?
но какая от этого польза?
06:33
So I've started a lab at MIT,
130
381114
2255
Так что я основал лабораторию
в Массачусетском Технологическом университете
в Массачусетском Технологическом университете
06:35
and it's called the Self-Assembly Lab.
131
383369
1882
и назвал её лаборатория самоорганизации.
06:37
And we're dedicated to trying to develop programmable materials
132
385251
3144
Мы занимаемся совершенствованием
программируемых материалов
программируемых материалов
06:40
for the built environment.
133
388395
1191
для строительства.
06:41
And we think there's a few key sectors
134
389586
1963
Мы думаем, что применение можно найти
06:43
that have fairly near-term applications.
135
391549
2314
в нескольких ключевых сферах.
06:45
One of those is in extreme environments.
136
393863
2055
Одна из них — сложные природные условия.
06:47
These are scenarios where it's difficult to build,
137
395918
2546
В сложных условиях или местах,
06:50
our current construction techniques don't work,
138
398464
2488
где современные технологии строительства
не работают,
не работают,
06:52
it's too large, it's too dangerous, it's expensive, too many parts.
139
400952
3560
слишком сложно, слишком дорого,
слишком опасно и так далее.
слишком опасно и так далее.
06:56
And space is a great example of that.
140
404512
2367
Отличный пример — космос.
06:58
We're trying to design new scenarios for space
141
406879
2366
Мы пытаемся проработать
оригинальные подходы к работе там,
оригинальные подходы к работе там,
07:01
that have fully reconfigurable and self-assembly structures
142
409245
3300
используя трансформацию
и самоорганизующиеся структуры,
и самоорганизующиеся структуры,
07:04
that can go from highly functional systems from one to another.
143
412545
3690
чтобы необходимые системы
могли превращаться одна в другую.
могли превращаться одна в другую.
07:08
Let's go back to infrastructure.
144
416235
2111
Но давайте вернёмся к инфраструктуре.
07:10
In infrastructure, we're working with a company out of Boston called Geosyntec.
145
418346
3899
Тут мы сотрудничаем
с бостонской компанией Geosyntec.
с бостонской компанией Geosyntec.
07:14
And we're developing a new paradigm for piping.
146
422245
2800
Мы вырабатываем
новую концепцию трубопровода.
новую концепцию трубопровода.
07:17
Imagine if water pipes could expand or contract
147
425045
3623
Представьте себе водяные трубы,
которые могут расширяться или сжиматься,
которые могут расширяться или сжиматься,
07:20
to change capacity or change flow rate,
148
428668
2750
чтобы изменять
свою пропускную способность
свою пропускную способность
07:23
or maybe even undulate like peristaltics to move the water themselves.
149
431418
4534
или даже имитировать перистальтику,
чтобы проталкивать воду через себя.
чтобы проталкивать воду через себя.
07:27
So this isn't expensive pumps or valves.
150
435952
2610
Так что нам не нужны будут
дорогие насосы и уплотнения.
дорогие насосы и уплотнения.
07:30
This is a completely programmable and adaptive pipe on its own.
151
438562
4283
Вот — полностью программируемая
и адаптивная водопроводная труба.
и адаптивная водопроводная труба.
07:34
So I want to remind you today
152
442845
1815
Я хочу напомнить вам
07:36
of the harsh realities of assembly in our world.
153
444660
3384
о сложностях организации
в современном мире.
в современном мире.
07:40
These are complex things built with complex parts
154
448044
3465
Как правило это — сложные вещи,
состоящие из сложных компонентов,
состоящие из сложных компонентов,
07:43
that come together in complex ways.
155
451509
2785
усложнённым образом
объединяющихся воедино.
объединяющихся воедино.
07:46
So I would like to invite you from whatever industry you're from
156
454294
3199
Так что мне хотелось бы пригласить вас
из мира современных технологий
из мира современных технологий
07:49
to join us in reinventing and reimagining the world,
157
457493
4053
в совершенно переосмысленный новый мир,
07:53
how things come together from the nanoscale to the human scale,
158
461546
3699
где предметы могут изменять свою шкалу.
07:57
so that we can go from a world like this
159
465245
3075
Идите с нами от вот этого
08:00
to a world that's more like this.
160
468320
2950
к вот этому.
08:12
Thank you.
161
480632
1910
Спасибо.
08:14
(Applause)
162
482542
2301
(Аплодисменты)
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