Участников конференции TEDGlobal на входе ждали научные игрушки. Посетителям раздавали прозрачные склянки с красными, черными или белыми детальками внутри. Их нужно было встряхнуть, чтобы части сами сложились в ту или иную структуру, моделирующую вирусы и бактерии. Эксперимент поставили архитектор и инженер Скайлар Тиббитс из MIT и биолог Артур Олсон из Института Скриппса. Так они тестировали идею, с которой Тиббитс носится уже несколько лет: создавать конструкции, материалы, субстанции, которые сами себя собирают, сами приводят себя в определенный порядок.
Скайлару Тиббитсу 27 лет, но, несмотря на возраст, он один из самых ярких представителей новой инженерной и дизайнерской волны. По образованию он архитектор и до сих пор преподает на архитектурном факультете MIT, работал с архитектурным бюро Захи Хадид и другими именитыми фирмами, выставлялся в Музее Гуггенхайма. Но назвать его архитектором – значит ничего не сказать: Тиббитс и дизайнер, и инженер, и предприниматель (у него своя исследовательская фирма SJET), и в каком-то смысле даже биолог. В MIT у него своя междисциплинарная «Лаборатория самосборки» (Self-Assembly Lab) и семинар «Как построить (почти) что угодно».
В основном озарения Тиббитса вращаются вокруг мысли, что природу надо копировать, но копировать с умом. Природные системы и механизмы способны адаптироваться и чего-то хотеть: растения, например, хотят расти и двигаться к свету, они сами генерируют энергию. Созданные человеком системы, говорит Тиббитс, лишены способности иметь желания, нуждатьсяв чем-то, меняться в направлении объекта желания. Поэтому он опасается увлечения модной нынче биомимикрией, повторением природных механизмов: механически копировать их нельзя. Но вот если суметь соединить свойства естественных систем со свойствами искусственных (программируемость, масштабируемость, структура), можно создавать «чрезвычайно масштабные квазибиологические и квазисинтетические архитектурные организмы». Они будут изготавливаться промышленным способом, но дальше жить своей жизнью. Ты создаешь части, которые хотят быть вместе.
Для этого процесса Тиббитс придумал название: 4D-печать. «Мы называем это 4D-печатью, потому что объект меняется со временем. Если 3D-печать просто создает объект, то 4D-объект печатается с использованием «умных» материалов, которые потом активируются благодаря разным воздействиям: нагреву, воде, электрическому току, звуку, давлению и так далее». Один материал задает структуру, другой отвечает за последующие трансформации. «Жесткий материал – это код, а расширяющийся материал – энергия». Наглядное объяснение есть в лекции для TED, а в действии идею можно увидеть на следующем видео, где изготовленная Тиббитсом конструкция постепенно складывается в буквы MIT.
«Я пытаюсь понять, – рассказывает Тиббитс, – сколько информации материалы могут хранить, как они могут сами воспроизводиться, как они могут двигаться и собирать себя, и так далее. В самих материалах вовсе не обязательно есть все эти свойства. Скорее это другой способ посмотреть на материалы и на то, как мы строим что-либо». И это определенные правила в процессе проектирования:
1. Нужны «умные» материалы, в которых может быть заложена некая будущая форма, чертежконечной конструкции.
2. Нужно, чтобы эти материалы вызывала к жизни некая внешняя энергия: нагрев, влага, встряска (как в эксперименте на TED) и прочие внешние воздействия. Тиббитс называет эту энергию альтернативной, потому что для запуска его систем не нужно подключать их к розетке или вставлять батарейку, ты черпаешь энергию из окружающего мира.
3. Нужно умно спроектированное взаимодействие между частями будущего предмета. Получив энергетический импульс, они начинают стремиться друг к другу, причем строго определенным образом, а в случае ошибки включается механизм автокоррекции.
Вот еще один пример изготовленного Тиббитсом самоскладывающегося «умного» материала (в качестве прообраза он взял структуры белков). Главное теперь, как заметил обозреватель MIT Technology Review, научиться все это раскладывать обратно.
Концепции Тиббитса красивы, но, надо признаться, выглядят абстрактно. Разглядывая его ролики, можно потерять нить реальности. Зачем все это нужно?
От геометрических преобразований Тиббитс хочет перейти к более сложным решениям для реального мира. В идеале, думает он, смогут строить себя сами и такие привычные для нас объекты, как автомобили и дома. «Большие архитекторы делают безумные проекты за миллиарды долларов. Мы могли делать безумную геометрию более умно, – вспоминает Тиббитс свои архитектурные занятия, – потому что мы умели писать код и сами запускать его за небольшие деньги. Но это все равно был ручной труд: люди изготавливали, собирали, соединяли вещи, прилаживали детали. В конце концов это заставило меня понять, что должен быть способ и получше».
Создание, например, космической станции требует миллионов деталей и многих лет труда. А что, если мы захотим построить еще более крупную станцию? Или, например, гигантского человекоподобного робота? Этот процесс плохо масштабируется. Но если научить детали и материалы программировать себя, чего-то хотеть, этот колоссальный человеческий труд не понадобится. «Мы хотим разработать простые системы, которые можно отправить в космос, развернуть на орбите и переконфигурировать. Это будут стандартные компоненты, которые можно складывать вместе множеством разных способов».
Другой мотив – строительство в экстремальной среде вроде космоса, океанских глубин или арктического холода, где человеческий труд сложен, опасен или очень дорог. Программируемые материалы позволят обойтись без этого экстрима, а заодно и тратить меньше энергии при строительстве.
Еще одна мечта ученого из MIT – максимально упростить обслуживание нашей инфраструктуры. Если что-то случилось с водопроводными трубами, их нужно откапывать, чинить, заменять (и как этим любят заниматься, например, в Москве!). «Но представьте, – говорит Тиббитс, – что трубы могут расширяться или сжиматься, менять свою пропускную способность или даже изгибаться, сами двигая воду». Новые материалы смогут в некоторой степени ремонтировать себя сами или хотя бы проводить профилактику.
Дальше фантазировать можно сколько угодно: «умные кресла», которые реагируют на вес и размеры сидящего человека (становятся более жесткими или более гибкими, например); упаковка товара, которая преобразуется в зависимости от разных условий перевозки; спортивные товары, адаптирующиеся под температуру и прочие параметры среды.
Совсем недавно, в сентябре, Тиббитс рассказал еще об одном революционном применении 4D-печати, которое они придумали вместе с коллегой по MIT Марсело Коэльо: как копировать крупные предметы вроде столов или тумб под телевизор на компактном 3D-принтере. Печатаешь предмет в сложенном виде, а потом запускаешь процесс сборки. Объекты такие, естественно, будут изготавливаться из «умных» материалов, и не просто складываться, а специальным образом упаковываться. Сейчас речь идет о кластерах полимерных нитей, упакованных в соответствии с определенной структурой и затем оживающих. Если из этого что-то выйдет, то, как говорит Тиббитс, размеры вещей не будут иметь никакого значения. И правда: это уже практически телепортация.
Slon.ru
