Skylar Tibbits: La nascita della "stampa in 4D"

La stampa in 3D è diventata sempre più sofisticata dalla fine degli anni '70. Il nostro TED Fellow Skylar Tibbits sta dando forma allo sviluppo successivo, che lui stesso chiama stampa in 4D, in cui la quarta dimensione è il tempo. Questa tecnologia emergente ci permetterà di stampare oggetti che si rimodellano da soli o che si autoassemblano nel tempo. Immaginate un cubo stampato che si piega sotto i vostri occhi, o un tubo capace di percepire la necessità di espandersi o contrarsi.

Questo sono io che costruisco un prototipo

per sei ore di fila.

Questo è lavoro da schiavo per il mio progetto.

Qui potete vedere com'è veramente il movimento dei maker e del DIY [Fai da te].

Ed è un'analogia per il mondo manifatturiero
e delle costruzioni di oggi

con tecniche di assemblaggio
di semplice manodopera.

Ed è per questo che ho iniziato a studiare

come programmare materiali fisici
che si autocostruiscono.

Ma c'è un altro mondo.

Oggigiorno, su micro e nano-scala,

sta avvenendo una rivoluzione mai vista prima.

Riguarda l'abilità nel programmare
materiali fisici e biologici

in grado di cambiare forma, proprietà

e addirittura calcolare al di fuori
dalla materia a base di silicone.

C'è anche un software chiamato cadnano

che ci permette di disegnare forme tridimensionali

come nano robot o sistemi di consegna farmaci

e usa il DNA per auto-assemblare
queste strutture funzionali.

Ma se guardiamo su scala umana,

ci sono molti problemi che le nanotecnologie

non stanno ancora affrontando.

Se guardiamo l'edilizia e il settore manifatturiero,

ci sono rilevanti inefficienze, consumo di energia

e tecniche di lavoro eccessive.

Facciamo un esempio in infrastruttura.

Prendiamo il sistema idraulico.

Nel sistema idraulico,
abbiamo tubazioni dalla capacità fissa

che hanno un flusso fisso,
salvo le tubazioni e le valvole costose.

Le sotterriamo.

Se qualcosa cambia - se l'ambiente cambia,

se il terreno si muove, o se cambiano le necessità -

dobbiamo ripartire da zero,
rimuoverle e sostituirle.

Vorrei cercare di combinare questi due mondi,

cioè il mondo dei nanomateriali
adattativi programmabili

e l'ambiente che costruiamo.

E non mi riferisco a macchine automatizzate.

Non mi riferisco solo a macchine intelligenti
che sostituiscono l'uomo.

Mi riferisco a materiali programmabili
che si costruiscono da soli.

Si chiama auto-assemblaggio,

un processo mediante il quale le parti disordinate costruiscono una struttura ordinata

solo attraverso l'interazione locale.

Di cosa abbiamo bisogno
se vogliamo realizzarlo su scala umana?

Abbiamo bisogno di alcuni ingredienti semplici.

Il primo ingrediente sono materiali e geometria,

e devono essere strettamente correlati
con le fonti di energia.

Si può usare energia passiva -

quindi calore, vibrazione,
aria compressa, gravità, magnetismo.

Poi servono interazioni progettate in modo intelligente.

Queste interazioni permettono di correggere errori,

e fanno sì che le forme possano passare
da uno stato all'altro.

Perciò ora vi mostrerò una serie di progetti
che abbiamo sviluppato,

da sistemi unidimensionali, bidimensionali, tridimensionali

e anche quadridimensionali.

Nei sistemi unidimensionali -

si tratta di un progetto chiamato
proteine che si auto-avvolgono.

L'idea è di prendere la struttura tridimensionale
di una proteina,

in questo caso la crambina,

si prende la struttura portante
- senza legami incrociati né interazioni ambientali -

e la si spezza in una serie di componenti.

Poi si inserisce un elastico.

E quando lo lancio in aria e lo prendo,

ha la struttura tridimensionale completa della proteina,
tutti gli intrecci.

E questo ci dà un modello tangibile

della proteina tridimensionale e come si avvolge

e tutte gli intrecci della geometria.

Così possiamo studiarlo
come un modello fisico e intuitivo.

E lo stiamo traducendo anche in sistemi bidimensionali,

così che dei fogli piani possono auto-avvolgersi
in strutture tridimensionali.

A tre dimensioni, l'anno scorso al TEDGlobal
abbiamo realizzato un progetto

con Autodesk e Arthur Olson

in cui abbiamo considerato le parti autonome -

quindi parti individuali non collegate prima
che possono collegarsi da sole.

E abbiamo costruito 500 di queste coppe di vetro.

Hanno diverse trutture molecolari al loro interno

e diversi colori che possono essere mescolati e abbinati.

E li abbiamo dati a tutti i TEDsters.

E così sono diventati dei modelli intuitivi

per capire come funziona l'auto-assemblaggio
molecolare su scala umana.

Questo è il virus della polio.

Se lo scuotete forte, si spezza.

E se poi lo scuotete in modo casuale,

comincia a correggere l'errore
e a costruire la struttura da solo.

Ciò dimostra che attraverso dell'energia casuale,

possiamo costruire delle forme non casuali.

Abbiamo anche dimostrato che possiamo farlo
su una scala molto più grande.

L'anno scorso a TED Long Beach,

abbiamo costruito un'installazione
che costruisce installazioni.

L'idea era, possiamo auto-assemblare
oggetti in scala reale?

Abbiamo costruito un'ampia camera rotante

e la gente veniva e la faceva andare
più veloce o più lenta,

aggiungendo energia al sistema

e ottenendo una comprensione intuitiva
di come funziona l'auto-assemblaggio

e come si potrebbe usare

come tecnica di costruzione o produzione
di prodotti su macroscala.

Ricordate che ho menzionato il 4D.

Oggi, per la prima volta, sveleremo un nuovo progetto,

in collaborazione con Stratasys,

e si chiama stampa in 4D.

L'idea dietro la stampa in 4D

è che si prende la stampa 3D multimateriale -

in modo da poter depositare materiali diversi -

e si aggiunge una nuova capacità:

la trasformazione,

ovvero, che le parti

possano trasformarsi da una forma
in un'altra direttamente da sole.

È come la robotica, senza fili o motori.

Quindi si stampa completamente questa parte

ed si può trasformare in qualcos'altro.

Abbiamo lavorato anche con Autodesk su un software
che stanno sviluppando chiamato Project Cyborg.

Questo ci permette di simulare il comportamento
di auto-assemblaggio

e di cercare di ottimizzare quali parti
si avvolgono, e quando.

Ma soprattutto, possiamo usare lo stesso software

per la configurazione di sistemi di auto-assemblaggio
sia su nanoscala

che su scala umana.

Queste sono parti che vengono stampate
con proprietà multimateriali.

Ecco la prima dimostrazione.

Un singolo trefolo immerso nell'acqua

si avvolge completamente da solo

formando le lettere M I T.

Sono di parte.

Questa è un'altra parte, un singolo trefolo,
immerso in un contenitore più grande,

che si auto-avvolge formando un cubo,
una struttura tridimensionale.

Senza interazione umana.

Crediamo che questa sia la prima volta

che un programma e una trasformazione

siano stati inseriti direttamente nei materiali stessi.

E potrebbe diventare la tecnica di manifattura

che ci consente di produrre infrastrutture
più adattative in futuro.

Probabilmente state pensando,

bene, è fantastico ma, come possiamo utilizzare
queste cose per l'ambiente costruito?

Ho aperto un laboratorio al MIT

chiamato Laboratorio di Auto-Assemblaggio.

Ci occupiamo di sviluppo di materiali programmabili

per l'ambiente costruito.

E crediamo che ci siano alcuni settori chiave

che avranno applicazioni a breve.

Una di queste sarà in ambienti estremi.

Ci sono degli scenari dove è difficile costruire,

le nostre attuali tecniche di costruzione non funzionano,

è troppo grande, troppo pericoloso, è costoso,
ci sono troppe componenti.

E lo spazio ne è un ottimo esempio.

Stiamo cercando di progettare
nuovi scenari per lo spazio

che abbiano strutture riconfigurabili e auto-assemblanti,

che possano passare da un sistema
altamente funzionante all'altro.

Torniamo all'infrastruttura.

Nelle infrastrutture, stiamo lavorando
con un'azienda di Boston chiamata Geosyntec.

E stiamo sviluppando un nuovo paradigma
per il sistema idraulico.

Immaginate che le tubazioni potessero
espandersi e contrarsi

per modificare la capacità o la portata di flusso,

o forse anche muoversi a ritmo peristaltico
per far scorrere l'acqua da sole.

Questo non significa pompe o valvole costose.

Si tratta di un tipo di tubazione adattativa
completamente programmabile.

Così oggi voglio ricordarvi

la dura realtà dell'assemblaggio nel nostro mondo.

Sono cose complesse costruite con parti complesse

che vengono assemblate in modi complessi.

Perciò, qualunque industria voi rappresentiate,
vorrei invitarvi

a unirvi a noi nel reinventare e reimmaginare il mondo,

come le cose possono essere realizzate
sia su nanoscala che su scala umana,

in modo che possiamo passare
da un mondo come questo

a un mondo più simile a questo.

Grazie.

(Applausi)