Архитектор материалов. Скайлер Тиббитс и 4D-печать с параметром времени

Мы до сих пор не рассказывали читателям «Гранита науки» о таком ученом, как Скайлар Тиббитс (SkylarTibbits), и это досадное упущение пора исправить. Американский архитектор материалов знаменит своим открытием 4D-печати, которое создало для нас бесчисленное количество возможностей в области материалов будущего, способных приспосабливаться к окружающим условиям. Создание предметов, которые сами себя собирают, может положить начало разнообразным технологиям, применимым где угодно: от скорой помощи до быстрого строительства после стихийных бедствий.

Вообразите мир, в котором вещи только совершенствуются во время носки, мосты подстраиваются к нагрузке, а береговые линии наращивают себя сами. Нет, это все не из области фантастики. «Если мы научимся сотрудничать с материалами, вместо того, чтобы силой заставлять их занять уготованное нами место, мы можем построить более устойчивое будущее», — пишет Скайлер Тиббитс в своей книге «Самособирающиеся вещи: гид к Революции новых материалов» (Things Fall Together: A Guide to the NewMaterials Revolution). «Манифест рассвета эры активных материалов» только что, в 2021 году, вышел в издательстве Princeton University Press.

Тиббитс разработал 4D-печать, которая добавляет объектам, распечатанным на 3D-принтере, временное измерение как способность самосборки: напечатанный объект может собирать себя сам. Для этого Тиббитс использует материалы и определенные геометрические приемы, благодаря которым объект будет разворачиваться и сворачиваться особенным образом. Потом он добавляет источник энергии (это может быть тепло, гравитация, магнетизм или что-то еще), чтобы запустить взаимодействие, которое переводит материал из одного состояния в другое. 

Изобретатель прошел школу таких всемирно известных дизайнерских компаний, как Zaha Hadid Architects, Asymptote Architecture и Point b Design. В настоящее время он является содиректором и основателем SelfAssembly Lab, которая фокусируется на технологиях самособирающихся и программируемых материаловдля новаторского производства и строительства. «Неупорядоченные части самопроизвольно образуют структуру предмета или вещества, взаимодействуя между собой», — так объясняет сам Тиббитс термин «самосборка» (self-assembly). Лаборатория расположена в Международном центре дизайна Массачусетского технологического института  (MIT’s International Design Center) – собственно, в самом институте он состоит ассоциированным профессором исследования дизайна на факультете архитектуры. В 2007 году Скайлар Тиббитс основал и возглавил мультидисциплинарную дизайнерскую практику SJET LLC. 

Признание пришло к нему довольно скоро. В 2008 году посвященный дизайну выпуск журнала SEEDMagazine назвал его «революционным умом», в 2012 году он стал senior fellow (стипендиатом) TED, в 2013 году на выставках Ars Electronica и Manufacturing Leadership Summit получил награды Next Idea и VisionaryInnovation соответственно, а также приз от Архитектурной лиги. В 2014 году его причислили к «одаренным гражданам» (премия Gifted Citizen), в 2015 году он получил звание Emerging Explorer (подающий надежды исследователь) от журнала National Geographic и титул «Изобретатель года» от журнала R&D Magazine.

Трудозатраты, которые влекли за собой технологии грубой сборки, явно бесили Тиббитса; изучая невиданное развитие технологий на микро- и наноуровнях (возможность программировать неживую и живую материю на изменение формы и свойств и даже на выполнение вычислений без использования кремниевых устройств), он нашел способ явить эти «чудеса» и в большем масштабе. 

Использовать нанопринципы самоорганизации и адаптации для нашего мира – почему бы нет? «Если мы обратимся к проектированию и производству, то увидим постоянные препятствия, излишнее потребление энергии и неэффективные методы работы, — говорит Тиббитс. — Например, трубопровод. По существующей технологии они производятся ограниченной пропускной способности, требуются насосы, чтобы проталкивать воду через этот трубопровод; мы зарываем их под землю, но если что-то изменится, например тектоника, то выкапывай и заменяй, без вариантов… Но почему бы не сделать трубы способными сжиматься и расширяться, вследствие чего делать пропускную способность регулируемой? Почему не имитировать перистальтику в трубе, чтобы она могла проталкивать воду через себя, так что не нужны будут дорогие насосы?»

Созданные человеком системы, говорит изобретатель, лишены способности иметь желания, нуждаться в чем-то, меняться в направлении объекта желания. Природные системы и механизмы способны адаптироваться и чего-то хотеть: растения, например, хотят расти и двигаться к свету, они сами генерируют энергию. Механически копировать природные механизмы 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: мы, получается, создаем части, которые хотят быть вместе (ну как тут не вспомнить Ветхий Завет..).

«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. Перенести механизм самоструктурирующейся молекулы белка в большой масштаб, вплоть до самоисправления возникающих ошибок, которые возникают в процессе. 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». 

На «Книжном Арсенале» в конце июня в Киеве харьковское издательство «Жорж» представило книгу Труди Труит «Академия исследователей: Тайна “Туманности”», выпущенную по лицензии National Geographic. В этой истории о приключениях 12-летнего гавайца, попавшего в элитную академию в Вашингтоне, визионерские идеи и уже готовые изобретения Скайлера Тиббитса настолько талантливо беллетризированы, что, пожалуй, это едва ли не первый случай, когда поводом для увлекательной научной фантастики стали результаты реальных ученых, а не наоборот.

Там, к примеру, есть такой фрагмент: «Закладка зашевелилась, будто бабочка раскрывала крылья: из центра квадрата бумажка разворачивалась и разворачивалась, а затем начала сгибаться, вроде того, как кто-то создавал скульптуру-оригами, только делалось это без человеческих рук! Несколько десятков быстрых сгибов – и образовался объемный шар, сложенный из треугольников. Когда ее вид стал совершенным, конец одного бумажного треугольника загорелся светло-оранжевым. Шар закрутился, а потом направил свет на Рука. Из него вышел луч. Он коснулся его головы и легко, неспешно отправился гулять по телу». Но узнавания не состоялось, голограмма с дальнейшим заданием не возникла, так что «за 10 секунд сфера начала складываться, все сплющивалось – это напоминало видео, которое запустили в обратную сторону. За несколько секунд бумажка уже была такой, как раньше».

Итак, профессор Тиббитс приглашает нас «из мира современных технологий в совершенно переосмысленный новый мир, где предметы могут изменять свою форму». Да, для этого не обязательно лететь в космос! Научному визионерству вполне найдется место и на Земле. Интересно, как скоро уже ученые подберутся к воплощению самых невероятных материаловедческих изобретений братьев Стругацких из «Пикника на обочине»?


Больше на Granite of science

Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.

Добавить комментарий

Мысль на тему “Архитектор материалов. Скайлер Тиббитс и 4D-печать с параметром времени”

Больше на Granite of science

Оформите подписку, чтобы продолжить чтение и получить доступ к полному архиву.

Читать дальше