خود مونتاژی، موادی که خودشان را می‌سازند یا تغییرشکل می‌دهند

چاپ 4 بعدی

کد خبر: ۷۲۷۷۰۴

در این ویدئو با چاپ 4بعدی، تکنولوژی خود مونتاژی آشنا خواهید شد.

متن کامل

این من هستم که دارم برای ۶ ساعت پی در پی یک مدل اولیه می‌سازم. این شبیه یک کار بردگی برای پروژه‌ی خودم هست. جنبش‌های ‌ سازندگی و "خودت انجامش بده!" واقعا به این شکل هستند. و این مقایسه ای برای ساخت و تولید در دنیای امروزی‌ست که با تکنیک‌های مونتاژ غیرهوشمندانه و ابتدایی انجام‌ می شود. و این دقیقاْ دلیلی است که من شروع به مطالعه روش برنامه‌ریزی مواد برای ساختن خودشان کردم.

ولی این جهان دیگری است. امروزه در مقیاس نانو و میکرو( ریزمواد)، انقلاب بی سابقه‌ای در حال رخ دادن است. و این یک توانایی برای برنامه‌ریزی مواد فیزیکی و زیستی برای تغییر شکل، تغییر خواص و حتی محاسبه برای مواد غیر پایه سیلیکونی است. حتی یک نرم‌ افزار به نام کدنانو وجود دارد که به ما اجازه می‌دهد شکل‌های سه بعدی مانند نانوربات‌ها و یا سیستم‌های حامل دارو را طراحی کنیم و از دی ان ای برای خودمونتاژی این ساختارهای کاربردی استفاده کنیم.

ولی اگر به مقیاس انسانی نگاه کنیم، حجم زیادی از مشکلات وجود دارند که هنوز توسط این تکنولوژی‌های ابعاد نانو مد نظر قرار نگرفته‌اند. اگر به ساخت و تولید نگاه کنیم، می‌توانیم شاهد ناکارآمدی عمده، مصرف انرژی و تکنیک‌های مستلزم کار بیش از حد باشیم. به عنوان زیر ساخت، بگذارید فقط یک مثال بزنیم. مثلاْ لوله‌کشی. در لوله‌های آب، ما لوله‌های با حجم ثابتی داریم که شدت جریان‌های مشخصی دارند، به استثنای پمپ‌ها و شیرهای گرانقیمت. ما آن‌ها را زیر زمین کار می‌گذاریم. اگر هر تغییری رخ دهد --- تغییرات زیست محیطی، زمین حرکت کند و یا نیاز به تغییر داشته باشد -- ما باید از ابتدا شروع کنیم و آن‌ها را بیرون بیاوریم و دوباره جایگذاری کنیم.

بنابراین من مایلم پیشنهاد کنم که ما می‌توانیم این دو جهان را با هم ترکیب کنیم، اینکه ما می‌توانیم دنیای نانومواد قابل برنامه‌ریزی و سازگار را با محیط ساخت‌شده، ترکیب کنیم. و منظور من ماشین‌های خودکار نیست. منظور من ماشین‌های هوشمند که جایگزین آدم‌ها می‌شوند، نیست. بلکه منظورم مواد قابل برنامه‌ریزی هستند که خودشان را می‌سازند. و اسم این خود مونتاژی است، که فرایندی است که در آن، قسمت‌های نامنظم، یک ساختار منظم را تنها در طی برهم‌کنش‌های محلی می‌سازند.

پس اگر ما بخواهیم این کار را در مقیاس انسانی انجام دهیم، چه باید بکنیم؟ ما به چند تا عامل اولیه ساده نیاز داریم. اولین عامل، ماده و هندسه است که به شدت به همراه شدن با منابع انرژی نیاز دارد. و می‌توانید از انرژی انفعالی -- مانند حرارت، لرزش، پنوماتیک، گرانش و مغناطیس -- استفاده کنید. و سپس به برهمکنش‌های طراحی شده هوشمند نیاز دارید. این برهمکنش‌ها اجازه اصلاح خطاها را به شما می‌دهند، و به ساختارها اجازه تغییر از یک حالت به حالت دیگر را می‌دهند.

الان می‌خواهم به شما تعدادی از پروژه‌هایی را که ساخته‌ایم، نشان دهم، از یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی و حتی سیستم‌های چهاربعدی. در سیستم‌های یک بعدی -- پروژه‌ای وجود دارد به نام پروتئین‌های خود تا شونده. ایده به این صورت هست که شما ساختار سه بعدی یک پروتئین -- در این مثال پروتئین کرامبین -- را در نظر می‌گیرید، شما رشته اصلی را دارید -- بدون ارتباطات متقابل، بدون برهمکنش محیطی -- و آن را به صورت مجموعه‌ای از اجزاء بسط می‌دهید. و سپس ما آن‌ها را به صورت کشسان بازسازی می‌کنیم. و سپس زمانی که من این را به هوا می‌اندازم و می‌گیرمش، این ساختار کامل سه بعدی پروتئین را با همه جزییاتش دارد. این یک مدل قابل لمس از پروتئین سه بعدی و چگونگی تا شدن آن و همه‌ی ریزه‌کاری‌های هندسی آن است. بنابراین ما می‌توانیم این را به عنوان یک مدل فیزیکی و قابل درک، مطالعه کنیم. و همچنین ما این را به سیستم‌های دو بعدی توسعه دادیم -- مانند صفحاتی که می‌توانند به شکل ساختارهای سه بعدی تغییر شکل دهند.

در مدل‌های سه بعدی، ما سال گذشته یک پروژه در تد گلوبال (TEDGlobal) با آتودسک (Autodesk) و آرتور اولسن (Arthur Olson) انجام دادیم که در آن قسمت‌های مستقل -- قسمت‌های جدا از هم بدون هیچ اتصال اولیه، می‌توانند به طور خودکار به هم متصل شوند. ما ۵۰۰ تا از این ظرف‌های شیشه ساختیم. آن‌ها ساختارهای مولکولی متفاوتی در خود دارند و رنگ‌های مختلفی که می‌توانند با هم مخلوط و همسان شوند. و ما آن‌ها را به همه اهالی TED دادیم. و این‌ها تبدیل به مدل‌های قابل لمسی شدند که توسط آن‌ها می‌توان فهمید خودمونتاژی مولکولی در مقیاس انسانی چگونه کار می‌کند. این ویروس فلج اطفال است. آن را به سختی تکان می‌دهید و متلاشی می‌شود. سپس آن را به طور تصادفی تکان می‌دهید واین شروع به اصلاح خطا و ساختن ساختارخودش به طور خودکار می‌کند. این به این معناست که از طریق انرژی دهی تصادفی، می‌توانیم ساختارهای غیر تصادفی بسازیم.

ما همینطور نشان دادیم که می‌توان این را در ابعد بزرگتر هم ساخت. سال گذشته در تد لانگ بیچ (TED Long Beach)، ما تاسیساتی را ساختیم که تاسیسات دیگری را می‌ساخت. ایده این بود، آیا ما می‌توانیم اجسام در ابعاد مبلمان را به شکل خودمونتاژ بسازیم؟ بنابراین ما یک فضای بزرگ در حال چرخش ساختیم، و مردم می‌توانستند بیایند و آن را تند تر و یا آهسته تر بچرخانند، به سیستم انرژی اضافه کنند و یک آشنایی قابل لمس از خودمونتاژی و اینکه ما چطور می‌توانیم از آن به عنوان ساخت و تولید در مقیاس بزرگ برای تولید محصولات استفاده کنیم، به دست آورند.

به خاطر بیاورید که من گفتم چهار بعدی. امروز برای اولین بار ما داریم از یک پروژه جدید پرده‌برداری می‌کنیم، که در واقع یک همکاری با استراتاسیس (شرکت فعال در زمینه ساخت پرینترهای سه بعدی) بوده و نام آن چاپ چهاربعدی است. ایده پشت چاپ چهار بعدی این است که شما چاپ سه بعدی چند ماده‌ای را در نظر می‌گیرید -- در واقع می‌توانید از مواد متعدد استفاده کنید -- و یک قابلیت جدید به آن اضافه می‌کنید، که تغییر شکل است، که بلافاصله، اجزاء می‌توانند به طور خودکار از شکلی به شکل دیگر تغییر پیدا کنند. این مثل رباتیک، بدون سیم و موتور است. بنابراین شما یک قسمت را می‌سازید، و آن می‌تواند به شکل دیگری تغییر پیدا کند.

ما همچنین با آتودسک در حال کار بر روی یک نرم افزار به نام پروژه سایبورگ هستیم. این به ما اجازه می‌دهد که این رفتار خودمونتاژی را شبیه سازی کرده و اینکه چه قطعه‌ای در چه زمانی تا شود را، بهینه سازی کنیم. اما مهم تر اینکه، ما می‌توانیم از این نرم افزار برای طراحی سیستم‌های خودمونتاژ در مقیاس نانو و سیستم‌های خودمونتاژ در مقیاس انسانی استفاده کنیم. این‌ها قسمت‌هایی هستند که با ویژگی‌های چند-ماده‌ای تولید شده‌اند. این اولین نمونه تولید شده است. یک رشته که زمانی که در آب غرق می‌شود، به طور کاملاْ مستقل به شکل حروف MIT تا می‌شود. این جانبدارانه بود. این یک قطعه‌ی دیگر است، یک رشته‌ی تنها، که در یک تانک بزرگتر غرق شده و به صورت یک مکعب، یک ساختار سه بعدی، به طور خودکار تا می‌شود. هیچ عامل انسانی در بین نیست. و ما فکر می‌کنیم که این اولین بار است که یک برنامه و تغییر شکل به طور مستقیم منجر به تولید خود مواد شده‌اند. و این ممکن است فقط روش تولید باشد که به ما اجازه می‌دهد در آینده زیرساخت‌های سازگارتری را تولید کنیم.

من می‌دانم که شما احتمالاْ فکر می‌کنید که خوب، این خیلی جذابه، ولی ما چطور از این چیزها برای ساختن محیط استفاده می‌کنیم؟ من یک آزمایشگاه در موسسه تکنولوژی ماساچوست MIT به راه انداختم، که نامش آزمایشگاه خودمونتاژی است. ما قصد داریم تلاش کنیم، تا مواد قابل برنامه‌ریزی برای ساخت محیط را توسعه دهیم. ما فکر می‌کنیم که چند بخش کلیدی وجود دارند که کاربردهایی در تقریباْ کوتاه مدت خواهند داشت. یکی از آن‌ها در شرایط محیطی سخت است. این ها شرایطی هستند که ساختن در آن‌ها بسیار مشکل است و روش‌های فعلی ساخت و ساز ما در آن پاسخگو نیستند. اگر خیلی بزرگ باشند، یا خیلی خطرناک باشند، یا خیلی گران باشند و یا قطعات زیادی داشته باشند. فضا مثال خیلی خوبی برای آن است. ما داریم سعی می‌کنیم یک سناریوی جدید برای فضا طراحی کنیم که شامل ساختارهای قابل تنظیم مجدد و خود مونتاژ باشد که بتوانند از یک سیستم بسیار کاربردی به یک سیستم کاربردی دیگر تغییر شکل دهد.

بگذارید به زیرساخت‌ها برگردیم. در زیرساخت‌ها، ما با یک شرکت خارج از بوستون به نام ژئوسینتک (Geosyntec) کار می‌کنیم. ما داریم یک نمونه جدید را برای لوله‌کشی طراحی می‌کنیم. تصور کنید که اگر لوله‌های آب بتوانند برای تغییر گنجایش و یا شدت جریان، فشرده و یا منبسط شوند، و یا حتی حرکت مواج داشته باشند، مانند حرکت کرمواره (شبیه به حرکت مری برای به پیش راندن غذا) برای حرکت آب به طور خودکار. بنابراین خبری از پمپ‌ها و شیرهای گرانقیمت نیست. این یک لوله کاملاْ قابل برنامه‌ریزی و سازگار است.

بنابراین من امروز می‌خواهم سختی‌های واقعی کار مونتاژ را در جهان‌مان به شما یادآوری کنم. این‌ها چیزهای پیچیده‌ای هستند که با قطعات پیچیده‌ای ساخته می‌شوند که با روش‌های پیچیده‌ای در کنار هم قرار می‌گیرند. بنابراین من مایلم از شما، در هر حوزه‌ای از صنعت که هستید، دعوت کنم که برای اختراع دوباره و بازآفرینی جهان، اینکه چگونه چیزها از مقیاس نانو به مقیاس‌های انسانی می‌رسند، ٰبه ما بپیوندید، تا با هم بتوانیم از جهانی که بیشتر شبیه به این هست، به جهانی برویم که بیشتر شبیه به این است.