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O surgimento da "impressora 4D"

A impressão 3D se sofisticou a partir do final da década de 1970; Skylar Tibbits está moldando o próximo desenvolvimento, que ele chama de i...

A impressão 3D se sofisticou a partir do final da década de 1970; Skylar Tibbits está moldando o próximo desenvolvimento, que ele chama de impressão 4D, em que a quarta dimensão é o tempo. Essa tecnologia emergente nos permitirá imprimir objetos que se reconfiguram ou autoajustam ao longo do tempo. Pense: um cubo impresso que se dobra ante seus olhos, ou um encanamento impresso capaz de perceber a necessidade de expandir-se ou contrair-se.


Este sou eu montando um protótipo durante seis horas sem parar. Este é um trabalho escravo para meu próprio projeto. É assim que são o faça-você-mesmo e o Maker Movements de verdade. E esta é uma analogia para o mundo de hoje da manufatura e da construção com técnicas de montagem de força bruta. E é por isso exatamente que comecei a estudar como programar materiais físicos para se autoconstruírem.



Mas há um outro mundo. Hoje, nas escalas micro e nano, está acontecendo uma revolução sem precedentes. E é a capacidade de programar materiais físicos e biológicos para mudar de forma, alterar propriedades e até mesmo computar sem componentes feitos de silício. Há inclusive um 'software' chamado cadnano que nos permite projetar formas tridimensionais como nanorrobôs e sistemas de aplicação de medicamentos e usar o DNA para automontar essas estruturas funcionais.

Mas, se olharmos na escala humana, há problemas enormes que não estão sendo tratados por essas tecnologias em nanoescala . Se olharmos para a construção e a manufatura, há enormes ineficiências, consumo de energia e técnicas de trabalho excessivas. Na infraestrutura, vamos ver um exemplo. Pegue a canalização. Na canalização da água, temos uma capacidade fixa para os encanamentos que têm taxas fixas de fluxo, com exceção de bombas e válvulas caras. Nós os enterramos no solo. Se algo muda -- se o ambiente muda, o solo se movimenta ou exige mudanças -- temos que começar da estaca zero, removê-los e substituí-los.

Então, gostaria de propor que combinássemos esses dois mundos, que combinássemos o mundo dos materiais adaptativos programáveis da nanoescala e construíssemos o ambiente. E não me refiro a máquinas automáticas. Não me refiro apenas a máquinas inteligentes que substituem humanos. Mas me refiro a materiais programáveis que se autoconstroem. E isso é chamado automontagem, que é um processo através do qual partes desordenadas constroem uma estrutura ordenada apenas pela interação local.

Então, de que precisamos se queremos fazer isso na escala humana? Precisamos de uns poucos ingredientes simples. O primeiro ingrediente é materiais e geometria, e isso precisa estar estreitamente ligado com a fonte de energia. E você pode usar energia passiva -- calor, tremor, pneumática, gravidade, magnética. Então você precisa de interações projetadas inteligentemente. E essas interações permitem correção de erros, e permitem que formas passem de um estado para outro estado.

Agora vou mostrar uma série de projetos que construímos, de sistemas unidimensionais, bidimensionais, tridimensionais e até mesmo quadridimensionais. Em projetos unidimensionais -- este é um projeto chamado de proteínas autodobráveis. E a ideia é que você pega a estrutura tridimensional de uma proteína -- neste caso é a proteína 'crambin' -- você pega a espinha dorsal -- portanto sem ligações cruzadas, sem interações ambientais -- e quebra isso em uma série de componentes. Então acrescentamos elástico. Quando você a joga para o alto no ar e a pega, ela tem a estrutura tridimensional completa da proteína, toda a complexidade. E isso nos dá um modelo tangível da proteína tridimensional e como ela se dobra e toda a complexidade da geometria. Então podemos estudar isto como um modelo físico, intuitivo. E também estamos transformando isso em sistemas bidimensionais -- assim, lâminas planas podem autodobrar-se em estruturas tridimensinais.

Em três dimensões, fizemos um projeto, ano passado, no TEDGlobal, com Autodesk e Arthur Olson, no qual observamos partes autônomas -- assim, partes individuais, não pré-conectadas que podem se juntar sozinhas. Montamos 500 destas provetas. Elas tinham estruturas moleculares diferentes dentro e cores diferentes que podiam ser misturadas e combinadas. Nós as demos a todos os TEDsters. E esses se tornaram modelos intuitivos para compreender como funciona a automontagem molecular na escala humana. Este é o vírus da pólio. Você o chacoalha fortemente e ele se quebra. Então você o chacoalha ao acaso e ele começa a corrigir os erros e constrói a estrutura sozinho. E isto está demonstrando que através de energia aleatória podemos construir formas não aleatórias.

Até mesmo demonstramos que podemos fazer isso numa escala muito maior. Ano passado, em TED Long Beach, construímos uma instalação que constrói intalações. A ideia era: poderíamos automontar objetos na escala de mobília? Então construímos uma grande câmara rotatória, e as pessoas apareciam e giravam a câmara mais rápido ou mais devagar, acrescentando energia ao sistema e conseguindo uma compreensão intuitiva de como funciona a automontagem e de que forma poderíamos usar isso como uma técnica, em macroescala, para construção ou manufatura de produtos.

Lembrem-se, eu disse 4D. Portanto, hoje, pela primeira vez, estamos revelando um novo projeto, que é uma colaboração com Stratasys, e é chamado de impressora 4D. A ideia por trás da impressora 4D é que você pega uma impressora 3D de multimateriais -- você pode colocar múltiplos materiais -- e você acrescenta uma nova capacidade, que é transformação, para que, exatamente na base, as partes possam se transformar diretamente de uma forma para outra sozinhas. Isto é como robótica sem fios ou motores. Assim, você imprime esta parte e ela pode transformar-se em outra coisa.

Também trabalhamos com a Autodesk em um 'software' que eles estavam desenvolvendo, chamado Projeto Cyborg. E isto nos permite estimular esse comportamento de automontagem e tentar otimizar quando e quais partes estão se dobrando. Mais importante, podemos usar este mesmo 'software' para o projeto de sistemas de automontagem em nanoescala e sistemas de automontagem na escala humana. Estas são partes sendo impressas com propriedades de multimaterial. Eis a primeira demonstração. Um único cordão mergulhado em água que se dobra completamente sozinho nas letras M I T. Estou sendo tendencioso. Esta é uma outra parte, cordão único, mergulhado em um tanque maior, que se dobra em um cubo, uma estrutura tridimensional, sozinho. Sem interação humana. E achamos que esta é a primeira vez que um programa e uma transformação foram introduzidos diretamente nos próprios materiais. E isso também poderia ser a técnica de manufatura que nos permitiria produzir infraestrutura mais adaptativa no futuro.

Sei que provavelmente estão pensando: ok, isso é legal, mas como usamos isso para o ambiente de construção? Abri um laboratório no MIT, chamado de Self-Assembly Lab (Laboratório de Automontagem). E estamos nos dedicando a tentar desenvolver materiais programáveis para o ambiente de construção. E achamos que há alguns setores chave que têm muitas utilizações de curto prazo. Uma dessas é em ambientes extremos. Estes são cenários onde é difícil construir, nossas técnicas de construção atuais não funcionam, é grande demais, é perigoso demais, é caro, partes demais. E o espaço é um grande exemplo para isso. Estamos tentando projetar novos cenários para o espaço que tenham estruturas completamente reconfiguráveis e automontáveis, que possam passar de uns para outros sistemas altamente funcionais.

Voltemos à infraestrutura. Em infraestrutura, estamos trabalhando com um empresa nos arredores de Boston, chamada Geosyntec. E estamos desenvolvendo um novo paradigma para encanamentos. Imagine se os encanamentos pudessem expandir ou contrair para mudar a capacidade ou o fluxo, ou talvez até mesmo mover-se em ondulações, como movimentos peristálticos, para que eles mesmos conduzam a água. Não são bombas e válvulas caras. Este é um encanamento inteiramente programável e adaptativo por si mesmo.

Quero lembrá-los, hoje, das difíceis realidades de montagem em nosso mundo. Estas são coisas complexas construídas com partes complexas que se juntam de formas complexas. Portanto, gostaria de convidá-los, seja qual for a indústria de onde vêm, a juntar-se a nós para reinventar e reimaginar o mundo, como as coisas se unem da nanoescala para a escala humana, para que possamos ir de um mundo como este para um mundo que é mais assim.

Obrigado.

(Aplausos)

[Via BBA]

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Brasil Acadêmico: O surgimento da "impressora 4D"
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