Skylar Tibbits: Powstanie drukowania w czterech wymiarach

Od końca lat 70-tych drukowanie 3D staje się coraz bardziej zaawansowane. TED Fellow Skylar Tibbits zapowiada kolejną nowość o nazywie drukowanie czterowymiarowe (4D), gdzie czwartym wymiarem jest czas. Ta nowa technologia pozwoli na drukowanie obiektów, które następnie będą miały wpływ na swój kształt lub zdolność samoorganizacji w czasie. Pomyśl: wydrukowany sześcian zmieniający kształt na twoich oczach, czy też drukowane rury mające zdolność "wyczuć" potrzebę rozszerzenia lub skurczenia obwodu.

To ja w trakcie budowy prototypu

sześć godzin non-stop.

Niewolnicza praca nad własnym projektem.

Tak właśnie wygląda ruch "Zrób to Sam".

To analogia do świata
współczesnej produkcji i konstrukcji

i mozolnych technik montażowych.

Właśnie dlatego zacząłem studiować

programowanie materiałów
do samo-budowy.

Ale są też inne możliwości.

Dzisiaj na poziomie mikro i nano

zachodzi bezprecedensowa rewolucja.

Możemy fizycznie i biologicznie
programować materiały tak,

by zmieniały kształt lub właściwości,

a nawet robiły obliczenia
poza krzemową materią.

Istnieje oprogramowanie Cadnano,

które pozwala projektować
trójwymiarowe kształty

jak nano roboty
czy systemy dostarczania leków,

wykorzystujące DNA
do samodzielnego montowania struktur.

Jednak jeśli spojrzeć na to
z perspektywy makro,

jest jeszcze mnóstwo problemów
do rozwiązania

w nanotechnologiach.

W konstruowaniu i wytwarzaniu

istnieją poważne niedociągnięcia,
duże zużycie energii

i wyczerpujące techniki pracy.

Oto przykład z infrastruktury:

wodociągi.

Udało nam się uzyskać rury
o regulowanej pojemności,

z wyjątkiem drogich pomp i zaworów.

Zakopuje się je w ziemi,

ale jeśli nastąpi
jakaś zmiana środowiskowa,

obsunie się grunt czy zmieni popyt,

trzeba zaczynać od początku,
wyjmować je i wymieniać.

Proponuję, by połączyć programowalne

i adaptacyjne nano-materiały

z budownictwem.

Nie chodzi mi o automatyzację maszyn

czy zastąpienie ludzi maszynami.

Chodzi mi o samo-programujące się
i samo-budujące się materiały.

Nazywa się to samo-montażem

i polega na samodzielnym
montowaniu się części w struktury,

wyłącznie za pomocą bliskiej interakcji.

Jak przełożyć to na rozmiary makro?

Potrzeba kilku składników.

Pierwsze to materiały i geometria,

ścisłe związane z energią źródłową.

Może to być energia pasywna,

jak ciepło, drżenie, pneumatyka,
grawitacja, magnetyzm.

Potem potrzeba
inteligentnie zaprojektowanych interakcji,

które pozwalają na korektę błędów

i zmianę kształtu.

Pokażę kilka przedmiotów,
które zbudowaliśmy

dzięki systemom jedno-, dwu-, trzy-,

a nawet czterowymiarowym.

W systemach jednowymiarowych...

To projekt samo-formujących się białek.

Bierzemy trójwymiarową strukturę białka,

w tym przypadku białko kramibiny.

Bierzemy szkielet, czyli nie ma
żadnych interakcji z otoczeniem,

i rozbijamy go
na szereg części składowych,

a następnie wbudowujemy ściągacz.

Podrzucony w górę i złapany,

stworzy trójwymiarową strukturę białka
z całą jej złożonością.

Otrzymujemy konkretny,

trójwymiarowy model białka,

z całą geometryczną złożonością.

To model fizyczny i intuicyjny.

Można to również przełożyć
na system dwuwymiarowy.

Płaskie arkusze mogące tworzyć
struktury trójwymiarowe.

Rok temu podczas TEDGlobal,
wspólnie z Autodesk

i Arthurem Olsonem prezentowaliśmy

trójwymiarowy model
niezależnych części,

które same mogły
łączyć się ze sobą.

Zbudowaliśmy 500 szklanych zlewek

z różnokolorowymi
cząsteczkami w środku,

mogącymi się mieszać i łączyć.

Rozdaliśmy je wszystkim TEDowiczom.

Te intuicyjne modele pomagają zrozumieć,

jak molekularny montaż
działa w skali makro.

To wirus polio.

Mocno wstrząsamy, a on się rozpada,

Mocno wstrząsamy, a on się rozpada,

a następnie koryguje i odbudowuje
strukturę samodzielnie.

Pokazuje to, że przypadkowa energia

może tworzyć nieprzypadkowe kształty.

Pokazaliśmy to też
na dużo większą skalę.

W zeszłym roku
podczas TED Long Beach

zbudowaliśmy instalację
budującą inne instalacje.

Sprawdzaliśmy czy uda się stworzyć
samo-montujące się meble.

Zbudowaliśmy ogromną wirującą komorę,

a ludzie przychodzili i kręcili nią,
szybciej lub wolniej,

dodając energię do systemu

i przekonując się intuicyjnie,
jak działa samo-montaż

oraz jak można go wykorzystać

w konstrukcji makro
lub technologii produkcji.

Wspomniałem o czterech wymiarach.

Dzisiaj, po raz pierwszy,
przedstawiamy nowy projekt

powstały we współpracy z Stratasys,

o nazwie drukowanie 4D.

Chodzi o to,

że do wielomateriałowego
drukowania w 3D,

złożonego z wielu materiałów,

dodajemy nową zdolność,

czyli transformację,

w której cząstki

zmieniają kształt
bezpośrednio i samodzielnie.

To jak robotyka,
ale bez kabli czy silników.

Drukuje się jakąś część,

a ona samodzielnie
przekształca się w coś innego.

Pracowaliśmy też z Autodesk
nad oprogramowaniem Cyborg Project.

Pozwala ono symulować samo-montaż

i może optymalizować
moment przekształcania cząstek.

Co najważniejsze,
można użyć tego programu

zarówno do systemów
w skali nano,

jak i systemów makro.

Te części wydrukowano
z materiałów o różnych właściwościach.

To pierwsza demonstracja.

Pojedyncza nić zanurzone w wodzie

samodzielnie zmienia kształt

i układa się w litery M I T.

Jestem stronniczy.

Potem pojedyncza nić
zanurzona w wodzie

samodzielnie przybiera kształt
trójwymiarowego sześcianu.

Bez ludzkiej ingerencji.

Chyba po raz pierwszy

program i transformacja

zostały wbudowane
bezpośrednio w materiał.

w przyszłości może to być
technologia produkcji

infrastruktury przystosowawczej.

Zastanawiacie się pewnie,

jak to wykorzystać
do budowy środowiska.

Założyliśmy w MIT

laboratorium o nazwie
Self-Assembly Lab,

gdzie próbujemy stworzyć
samoprogramujące się materiały

do budowy środowiska.

Uważamy, że kilka sektorów

może na tym wiele skorzystać.

Na przykład w warunkach ekstremalnych.

Tam gdzie trudno jest budować,

gdzie obecne techniki budowy zawodzą,

coś jest za duże, za drogie,
zbyt niebezpiecznie lub złożone.

Świetnym przykładem
takiego środowiska jest kosmos.

Nasze projekty kosmiczne zawierają

struktury zdolne do samo-przekształcania
i samo-montażu,

mogące przechodzić
z jednego systemu w drugi.

Wracając do infrastruktury,

współpracujemy z bostońską firmą
Geosyntec.

Opracowujemy nowe
rozwiązania dla rurociągów.

Wyobraźcie sobie rury
mogące się rozszerzać i kurczyć,

by zmieniać pojemność
lub wielkość przepływu,

a może i falując przepychać wodę,
jak w perystaltyce jelit.

To nie są drogie pompy czy zawory,

to programowalne
i samoadaptujace się rury.

Chcę wam przypomnieć

o trudach realiów montażowych
dzisiejszego świata.

Budujemy skomplikowane rzeczy
ze skomplikowanych części,

które łączą się
w skomplikowany sposób.

Chciałbym zaprosić was,
niezależnie od branży,

żebyście do nas dołączyli
i zaczęli odkrywać,

jak rzeczy przechodzą
od nano do makro skali,

abyśmy mogli przejść
z tego świata

do tego.

Dziękuję.

(Brawa)