Skylar Tibbits
2,941,499 views • 8:22

Hier bouw ik een prototype 6 uur achter elkaar. Slavenarbeid voor mijn eigen project. Zo zien doe-het-zelvers er echt uit. Dit is een analogie voor de bouw- en de maakindustrie met hun brute-kracht-montagetechnieken. Dit is precies waarom ik wilde leren hoe je fysieke materialen kunt programmeren zodat ze zichzelf bouwen.

Maar dat is een andere wereld. Op het gebied van micro- en nanotechnologie is een revolutie zonder voorgaande aan de gang. We kunnen fysieke en biologische materialen programmeren om van vorm of eigenschap te veranderen en zelfs te berekenen buiten silicium om. Er is zelfs software, cadnano, waarmee je 3D-vormen kunt ontwerpen zoals nano-robots of een systeem om medicijnen toe te dienen en dat DNA gebruikt om deze structuren zelf in elkaar te zetten.

Kijken we op een menselijke schaal, dan zijn er veel problemen waarvoor deze nanotechnologie niet helpt. Als we naar de bouw- en maakindustrie kijken, dan is het erg inefficiënt, gebruikt het veel energie en buitensporig veel mensenwerk. Neem een voorbeeld uit de infrastructuur. Zoals leidingwerk. Waterleidingen hebben een vaste capaciteit, met een vaste stroomsnelheid die we, op de dure pompen en afsluiters na, in de grond begraven. Als er iets verandert — de omgeving, als de grond beweegt, of er aanpassingen nodig zijn dan moeten we opnieuw beginnen, het leidingwerk eruit halen en vervangen,

Ik wil voorstellen om deze werelden te combineren de wereld van programmeerbare adaptieve materialen op nanoniveau en de gebouwde wereld. Ik heb het niet over geautomatiseerde machines. Ik bedoel niet slimme machines die mensen vervangen. Ik heb het over programmeerbare materialen die zichzelf bouwen. Dat heet zelfassemblage, waarin delen zelf een geordende structuur bouwen alleen door onderlinge interactie.

Wat is er nodig om dit op menselijke schaal te doen? Een paar eenvoudige ingrediënten. Het eerste is materie en meetkunde, en dat moet sterk aan een energiebron gelinkt zijn. Je kunt passieve energie gebruiken — warmte, schudden, lucht, zwaartekracht, magnetisme. Dan heb je slim ontworpen interacties nodig, die ook een foutcorrectie hebben en die de vormen laten overgaan van een vorm naar een andere.

Ik laat nu een paar dingen zien die we gebouwd hebben, van 1-dimensionale, 2D-, 3D- en zelfs 4-dimensionale systemen. In een 1-dimensionaal systeem — dit project heet de zelf-vouwende eiwitten. Het idee is dat je de 3D-structuur van een eiwit neemt — in dit geval het eiwit crambine — je neemt de ruggengraat, geen dwarsverbindingen, geen omgevingsinvloeden — en je haalt die uit elkaar zodat je een reeks componenten hebt. En dan voegen we elastiek toe. Als ik dit in de lucht gooi en ik vang het, dan heeft het de volledige 3D-structuur van het eiwit in alle complexiteit. Dit geeft ons een tastbaar model van een 3D-eiwit en hoe het buigt met alle finesses van de meetkunde. We kunnen dit als een fysiek, intuïtief model bestuderen. We vertalen het ook in 2D-systemen — zodat platte vellen zichzelf tot 3D-structuren kunnen vouwen.

Vorig jaren deden we een 3D-project voor TEDGlobal samen met Autodesk en Arthur Olson, waarbij we keken naar autonome delen — afzonderlijke losse delen die zelf tot elkaar komen. Zo hebben we 500 van deze glazen bekers gemaakt. Met verschillende moleculaire stucturen erin en verschillende kleuren die gemengd en gematcht konden worden. We hebben ze weggegeven aan de TEDsters. De bekers werden intuïtieve modellen om te begrijpen hoe moleculaire zelfassemblage werkt op menselijke schaal. Dit is het poliovirus. Als je het hard schudt, dan valt het uit elkaar. Als je het willekeurig schudt, dan begint de correctie en bouwt de structuur zichzelf op. Dit laat zien dat dat we door willekeurige energie niet-willekeurige vormen kunnen bouwen.

We hebben laten zien dat we dit op veel grotere schaal kunnen doen. Vorig jaar bij TED Long Beach hadden we een installatie die installaties bouwt. De vraag was of we zelfbouwende objecten van meubelformaat konden maken. We bouwden een grote ronddraaiende kamer, waar mensen kwamen die de kamer sneller of langzamer lieten draaien door energie aan het systeem toe te voegen en zo intuïtief te begrijpen hoe zelfassemblage werkt en hoe we dit kunnen gebruiken als een techniek om producten op macroschaal te bouwen.

Weet je nog, ik zei 4D. Vandaag onthullen we voor het eerst een nieuw project, in samenwerking met Stratasys, dat 4D-printen heet. Het idee achter 4D-printen is dat je 3D-printen voor multi-materialen neemt, je kunt verschillende materialen gebruiken, en je voegt er een nieuwe mogelijkheid aan toe, namelijk transformatie zodat de delen meteen zelf van een vorm naar een andere kunnen transformeren. Het is zoals robotica, maar zonder snoeren of motors. Je print dit onderdeel en het kan transformeren in iets anders.

We hebben ook met Autodesk aan software gewerkt die zij ontwikkelen, Project Cyborg. Hiermee kunnen we zelfbouwend gedrag simuleren en proberen te optimaliseren wanneer welke delen buigen. Belangrijker nog is dat we dezelfde software kunnen gebruiken om zelfbouwende systemen op nanoschaal en op menselijke schaal te ontwerpen. Deze onderdelen worden geprint met multi-materiaaleigenschappen. Hier is de eerste demonstratie. Een koord dat natgemaakt is, vouwt zich helemaal zelf tot de letters MIT. Ik ben partijdig. Dit is een ander deel, een enkel koord, in een grotere tank dat zichzelf vouwt tot een kubus, een 3D-structuur, helemaal zelf. Zonder menselijke interactie. We denken dat dit de eerste keer is dat een programma en een transformatie direct in het materiaal ingebouwd zijn. Het kan precies de techniek zijn waarmee we in de toekomst een meer adaptieve infrastructuur kunnen bouwen.

Jullie denken nu waarschijnlijk, oké, dat is leuk, maar hoe gebruiken we dit in onze gebouwde omgeving? Dus ben ik in MIT een laboratorium begonnen dat het zelfassemblagelab heet. We willen programmeerbare materialen ontwikkelen voor de gebouwde omgeving. We denken dat er een paar sleutelsectoren zijn met toepassingen op korte termijn. Een ervan is een extreme omgeving. Hier is het moeilijk om te bouwen, onze huidige bouwtechnieken werken hier niet, het is te groot, te gevaarlijk, duur, te veel onderdelen. De ruimte is hier een goed voorbeeld van. We proberen nieuwe scenario's te ontwerpen met structuren die compleet zelf-bouwend zijn en opnieuw configureerbaar die van het ene zeer functionele systeem naar het andere kunnen overgaan.

Laten we teruggaan naar de infrastructuur. Hier werken we samen met Geosyntec, een bedrijf uit Boston We ontwerpen een nieuw paradigma voor leidingwerk. Stel je voor dat een waterleiding kan uitzetten of krimpen om de capaciteit te veranderen, of de stroomsnelheid, of dat het kan golven, zoals bij peristaltiek, om het water zelf voort te stuwen. Ik bedoel geen dure pompen of afsluiters. Het is een volledig progammeerbare en adaptieve leiding.

Ik wil jullie vandaag herinneren aan de harde realiteit van het bouwen in deze wereld. Het gaat om complexe dingen met complexe onderdelen die op een complexe manier tot elkaar komen. Ik wil jullie uitnodigen vanuit iedere industrie om je aan te sluiten en de wereld opnieuw voor te stellen en uit te vinden hoe zaken op nanoschaal en op menselijke schaal in elkaar zitten zodat we van dit soort wereld naar een wereld zoals deze gaan.

Dankjewel.

(Applaus)