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El surgimiento de la “impresión 4D”

Domingo, 2 de Abril de 2017 Dejar un comentario Ir a comentarios

Este soy yo construyendo un prototipo durante 6 horas de corrido. Fui mano de obra esclava de mi propio proyecto. Así es como los movimientos “Hazlo Tú Mismo” y ‘maker’ son en la realidad. Y esto es una analogía del mundo actual de la construcción y manufactura qué usa técnicas de ensamblaje a fuerza bruta. Y esta es la razón por la cual comencé a estudiar cómo programar a los materiales físicos para que se construyeran solos.

Pero hay otro mundo. Hoy en día, en materia de microescala y nanoescala, se está viviendo una revolución sin precedentes. Y esta es la capacidad de programar materiales físicos y biológicos para que cambien de forma, de propiedades e incluso para que hagan cómputos en materia no basada en silicio. Incluso existe un software llamado cadnano que nos permite diseñar formas tridimensionales, como nanorobots o sistemas de administración de medicamentos, y usar el ADN para que esas estructuras funcionales se autoensamblen.

Pero si consideramos la escala humana, existen problemas enormes que no son abordados por esos avances en la nanotecnología. En términos de construcción y manufactura, hay deficiencias importantes, consumo energético y técnicas con demasiada mano de obra. Pongamos un ejemplo de infraestructura. Los sistemas de cañerías. En las tuberías de agua, hay tuberías de capacidad fija que son de caudal fijo, con excepción de las bombas y válvulas costosas. Las enterramos en la tierra. Si algo cambia —si su entorno cambia, si la tierra se mueve, o demanda cambios— debemos comenzar de cero, quitarlas y reemplazarlas.

Así que me gustaría proponer combinar ambos mundos, podemos combinar el mundo de los materiales adaptables programados con nanotecnología y el ambiente de construcción. Y no me refiero a máquinas automatizadas. No me refiero a máquinas inteligentes que reemplacen a los humanos. Me refiero a materiales programables que se construyan solos. Y a eso se le llama autoensamblaje, que es un proceso por el cual partes desordenadas construyen una estructura ordenada solamente a través de la interacción local.

¿Entonces qué precisamos si lo queremos llevar a cabo en la escala humana? Precisamos algunos ingredientes sencillos. El primer ingrediente es materiales y geometría, y estos precisan estar estrechamente vinculados con la fuente de energía. Y pueden usar energía pasiva es decir térmica, cinética, neumática, gravitatoria o magnética. Y luego precisas interacciones de diseño inteligente. Y esas interacciones permiten la corrección de errores, y permiten que las formas pasen de un estado a otro.

Ahora voy a mostrarles una serie de proyectos que construimos, desde sistemas unidimensionales, bidimensionales, tridimensionales y hasta cuatridimensionales. Así que, en sistemas unidimensionales —este es un proyecto llamado las proteínas autoplegables—. La idea es tomar la estructura tridimensional de una proteína —en este caso es la proteína crambina— tomamos el esqueleto —sin ramificaciones, sin interacciones con el entorno— y lo fragmentamos en una serie de componentes. Y luego le incorporamos elástico. Y cuando lanzo esto al aire y lo atrapo, tiene la estructura tridimensional completa de la proteína, con todas sus complejidades. Y esto nos da un modelo tangible de la proteína tridimensional y como esta se pliega y todas las complejidades de su geometría. Entonces podemos estudiar esto como un modelo físico, intuitivo. Y también estamos trasladándolo hacia sistemas bidimensionales —para que hojas planas puedan plegarse sobre sí mismas y formar estructuras tridimensionales—.

En tres dimensiones, hicimos un proyecto el año pasado en TEDGlobal con Autodesk y Arthut Olson, en el cual consideramos las partes autónomas —es decir, partes individuales sin conexiones previas que pueden unirse con autonomía—. Y armamos 500 de estos vasos de precipitado. Cada uno contenía diferentes estructuras moleculares y diferentes colores que podían ser mezclados y combinados. Y se los regalamos a todos los TEDores. Así que estos se convirtieron en modelos intuitivos para comprender cómo funciona el autoensamblaje molecular en la escala humana. Este es el virus de la polio. Si lo sacudes con fuerza se rompe. Y cuando lo sacudes aleatoriamente comienza a corregir el error y a reconstruir la estructura con autonomía. Y esto demuestra que a través de la energía aleatoria, podemos construir formas no aleatorias.

Incluso demostramos que podemos llevarlo a cabo a gran escala. El año pasado en TED Long Beach, construimos una instalación que construye instalaciones. La idea era, ¿podemos autoensamblar objetos del tamaño de un mueble? Así que construimos una gran cámara giratoria, y la gente se acercaba y la hacía girar rápido o lento, así agregaban energía al sistema y conseguían una comprensión intuitiva del funcionamiento del autoensamblaje y de cómo podemos usarlo como técnica de construcción o manufactura de productos en gran escala.

Pero recuerden, yo dije 4D. Hoy, por primera vez, estamos inaugurando un nuevo proyecto, que es una colaboración con Stratasys, y se llama impresión en 4D. La idea detrás de la impresión en 4D es tomar la impresión 3D multimaterial —en la cual se pueden depositar varios materiales— y se le agrega una nueva capacidad, la transformación, que instantáneamente, las partes pueden transformarse de una forma a la otra con autonomía. Y esto es como la robótica pero sin cables ni motores. Así que puedes imprimir esta parte completamente, y puede transformarse en algo totalmente distinto.

También trabajamos con Autodesk en un software que están desarrollando que se llama Project Cyborg. Y esto nos permite simular este comportamiento de autoensamblaje e intentar optimizar qué partes se pliegan en qué momento. Pero lo más importante es que podemos usar este mismo software para el diseño de sistemas de autoensamblaje en nanoescala y sistemas de autoensamblaje en la escala humana. Estas son partes impresas con propiedades multimaterial. Esta es la primera demostración. Una cadena única sumergida en agua que se pliega sobre sí misma con total autonomía formando las letras M I T. Estoy sesgado. Esta es otra parte, cadena única, sumergida en un tanque más grande que por sí mismo puede plegarse para formar un cubo, una estructura tridimensional. Así que no hay interacción humana. Y creemos que esta es la primera vez que un programa y una transformación han sido fundidos directamente en los materiales. Y esta puede perfectamente ser la técnica de manufactura que en el futuro nos permita producir una infraestructura más adaptable.

Pero sé que probablemente estén pensando, bueno, todo esto es genial, ¿pero cómo lo usamos en nuestro ambiente de construcción? Así que abrí un laboratorio en MIT y se llama el Laboratorio Autoensamblable. Y estamos dedicados a intentar desarrollar materiales programables para el ambiente de construcción. Y creemos que hay unos pocos sectores clave en los que se podría aplicar a relativamente corto plazo. Una de ellas es en ambientes de condiciones extremas. Estos son escenarios en los cuales resulta difícil construir, nuestras técnicas de construcción actuales no funcionan, es demasiado grande, peligroso, caro, demasiadas partes. Y el espacio es un gran ejemplo de esto. Estamos intentando diseñar nuevos escenarios para el espacio que tengan estructuras totalmente reconfigurables y autoensamblables que puedan pasar por sistemas altamente funcionales, de uno a otro.

Volvamos a la infraestructura. En infraestructura, estamos trabajando con una compañía de Boston llamada Geosyntec. Y estamos desarrollando un nuevo paradigma para los sistemas de tuberías. Imaginen si las tuberías pudieran expandirse o contraerse para cambiar de capacidad o caudal, o quizás incluso pudieran ondularse como peristálticas para mover el agua ellas mismas. Y esto no son bombas o válvulas caras. Es una tubería que puede programarse y adaptarse con autonomía.

Así que hoy quisiera recordarles de las duras realidades de ensamblaje de nuestro mundo. Estas son cosas complejas construidas con partes complejas que se unen de formas complejas. Así que me gustaría invitarlos, sin importar la industria en que trabajen, a que se nos unan para reinventar e imaginar el mundo, cómo las cosas se vinculan desde la nanoescala hasta la escala humana, para que podamos pasar de un mundo así a un mundo un poco más así.

Gracias.

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