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斯凯拉·蒂比茨: 4D打印机的诞生

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    这是我正在做一个模型
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    足足花了6个小时，
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    完全是苦力活。
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    这就是所谓的自己动手做和自造者运动。
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    这也是今日全球建筑和制造业的缩影：
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    到处可见费尽蛮力的组装技术。
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    这也是我为什么开始研究
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    如何让物理材料根据特定程序来组装自己。
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    但是，还有另外一个世界。
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    如今在微观纳米级上，
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    正在发生一场空前的革命。
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    这就是通过编程使物理和生物材料
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    改变形状、改变属性的能力，
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    它的应用范围甚至超过了硅基物质。
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    甚至已经有了一个叫cadnano的软件
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    我们可以用它来设计各种三維物体。
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    比如纳米机器人或者药物传输系统，
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    以及利用DNA自我组装各种功能结构。
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    但是，如果我们再看宏观的人类社会生活，
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    还有很多问题没有被
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    这些纳米级技术解决。
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    如果我们看看建筑业和制造业，
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    有很多效率严重低下的地方，比如能源消耗
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    和过多的人工技能需求。
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    在基础设施方面，我们举个例子，
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    比如说铺设管道。
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    水管，我们的水管都是固定容积，
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    固定流量的，除了昂贵的水泵和水阀以外。
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    我们把它们埋在地底下，
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    如果有任何变动 － 比如环境变化，
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    地基移动或者需求改变－
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    我们就得从头再来, 把它们挖出来再换新的。
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    所以我建议把这两个世界结合起来，
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    把纳米级上可程序化、能自我调节的材料
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    和生产环境结合起来。
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    我的意思不是自动化设备。
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    我指的也不仅仅是让智能机器替代人类劳动，
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    而是那些可以可程序化的材料实现自我组装。
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    这就叫做自我组装，
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    一种把各个无序的零部件组成一个有序的结构的过程，
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    这一切都只通过材料自身的相互作用来完成。
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    那么要把它应用于人类社会生活，我们又需要些什么呢？
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    我们只需要一些简单的条件，
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    第一个就是材料和几何形状，
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    这需要和能源材料紧密结合起来。
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    我们可以用被动式能源 －
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    比如热力、抖动、气压、重力、磁力。
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    同时我们也需要设计得非常巧妙的交互方式。
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    而且这些交互方式可以纠错，
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    可以让已成型的物体改变状态。
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    我现在要为大家展示我们已经做好的一些项目，
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    从一维、二维、三维
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    甚至到四维的系统。
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    在一维系统里 －
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    我们有个项目叫 "自我折叠蛋白质"。
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    思路是我们拿一个蛋白质的三維结构模型 －
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    这里我们用的是花菜蛋白 －
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    我们拿出它的主链 － 没有交叉链接的地方或者与环境的相互作用
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    － 我们把它分解成一系列的组成部分。
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    然后我们嵌入一定的弹性松紧度。
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    然后我把它抛向空中再接住，
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    它就变成了蛋白质本身复杂的三維结构。
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    它为我们展示了一个形象的
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    三維蛋白质模型，它是如何折叠的
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    以及它的几何复杂性。
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    所以我们可以利用这个实际直观的模型来研究蛋白质。
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    同时我们也把这个想法应用到二维系统里－
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    比如使平板能够自我折叠形成三維结构。
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    对于三維系统，我们去年在TEDGlobal和Autodesk(欧特克)
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    以及Arthur Olson做了一个项目。
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    我们研究了分散独立的零件 －
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    就是怎样让各自分散的部分自发的组合在一起。
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    我们一共做了500个这样的烧杯。
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    里面有不同的分子结构
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    以及不同的可以相互混杂搭配的颜色。
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    我们把它们给了所有在场的TED观众。
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    这些形象的模型帮助我们
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    在宏观上理解分子是如何自我组装的。
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    这个是脊髓灰质炎病毒。
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    你使劲儿一摇，它就散架了。
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    然后你随便摇瓶子
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    它就开始纠错然后自己组合成本来的结构形状。
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    这个例子说明了我们可以利用不规则的运动能量
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    形成规则的物体形状。
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    我们甚至证明了它同样适用于更加宏观的层面。
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    去年在TED的 Long Beach，
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    我们做了一个可以制造其它设备的装置。
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    想法就是我们能不能自我组装家具大小的物体呢？
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    所以我们做了一个大的滚动的空间，
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    然后人们过来或快或慢的滚动它
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    来给这个系统增加能量
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    从而更形象的理解了自我组装是怎么一回事，
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    以及我们怎样
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    在产品的宏观建设或制造技术上利用它。
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    还记得我刚才提到了四维，
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    今天我们首次向大家展示一个新项目，
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    这是和Stratasys公司一同合作的，
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    它叫做4D(四维)打印。
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    4D(四维)打印指的是
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    我们利用多材料进行三維打印 －
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    就是我们可以使用多种材料 －
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    同时我们又新加一种能力，
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    就是变形。
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    一但从车床上下来，
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    这些不同的零部件就可以直接自发的变成其他的形状，
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    就像是没有电线或者马达驱动的机器人。
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    所以我们把一个部分完整的打印出来，
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    它就可以自己变成其它的物体形状。
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    我们也和Autodesk（欧特克）合作了他们正在开发的Project Cyborg软件。
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    这个项目让我们可以模拟自我组装这种行为
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    以及优化哪些部件应该在何时折叠变形。
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    但是，最重要的是，我们可以利用同样的软件
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    设计纳米级的自我组装系统
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    以及人类生活中的自我组装系统。
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    这些是用多材料属性打印出来的零件
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    这是第一个演示，
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    把一条链子浸在水里
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    它可以完全自我折叠成
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    字母M. I. T （美国麻省理工学院）。
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    我确实偏心。
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    另外一个演示，把一条链子浸在一个大缸里，
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    它会自我折叠变成一个三維结构的立方体，
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    没有任何人力的影响。
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    我们认为这是首次
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    把一个程序软件和变形
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    一起直接的嵌入（应用）到材料中去。
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    或许这将是一种制造技术，
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    能让我们在未来生产更多的可自我调节的基础设施设备。
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    我知道大家现在大概会想，
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    好吧，看着挺酷的，但是我们怎么把它应用到生产环境里？
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    我在MIT（美国麻省理工学院）开展了一个实验室，
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    它叫做“自我组装实验室”。
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    我们致力于为实际生产环境开发
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    可程序化的材料。
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    我们认为有几个关键部分
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    它们可以在相当短期内得到应用。
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    其中之一就是在极限环境下。
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    有些情况是建造起来非常困难，
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    我们现有的建造技术行不通的。
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    它太大，太危险，太昂贵，太庞杂。
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    太空就是一个非常好的例子。
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    我们正在为太空环境设计新的
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    可以完全重置和自我组装的结构。
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    它们可以自我转化成各种功能强大的系统。
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    我们再回到基础设施建设。
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    在这个领域，我们正和波士顿一家叫Geosyntec的公司合作，
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    正在开发一种新的管道模板。
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    想象一下如果水管可以膨胀或者收缩
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    来改变容积、改变流量、
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    它甚至可以自己起伏蠕动来传输水。
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    这就不需要昂贵的水泵或者水阀了。
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    这是一个完全可程序化和自我调节的管道。
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    我今天想要提醒大家的是 －
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    当今残酷的组装现实。
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    这些庞杂的集合体是用复杂的零件
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    以繁复的方式组装起来的。
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    所以，我真诚的邀请大家，不管你们来自哪个领域，
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    和我们一起重塑和重新想象这个世界，
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    怎样将微观纳米世界和宏观人类生活的事物结合在一起。
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    从而，我们可以从这样一个世界过渡到
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    一个更类似于这样的世界。
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    谢谢大家。
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    (掌声）
Title:
斯凯拉·蒂比茨: 4D打印机的诞生
Speaker:
Skylar Tibbits
Description:

自上世纪七十年代以来，三維打印已经得到了长足的发展； TED 研究员斯凯拉·蒂比茨正致力于塑造未来的发展方向, 他称它为四维打印, 所谓的第四维就是时间. 这种新兴技术将会让我们打印出可以自我重塑或者自我组装的物体。想象一下吧：一个打印出来的立方体在你眼前完成自我折叠，或者一条打印出来的管道可以根据需要自我膨胀或者收缩。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
08:22

Chinese, Simplified subtitles

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