26703715 مشاوره آموزشی رایگان

26703715 مشاوره آموزشی رایگان

طراحى در تقاطع فناورى و زيست شناسى

Neri Oxman

Design at the intersection of technology and biology

Designer and architect Neri Oxman is leading the search for ways in which digital fabrication technologies can interact with the biological world. Working at the intersection of computational design, additive manufacturing, materials engineering and synthetic biology, her lab is pioneering a new age of symbiosis between microorganisms, our bodies, our products and even our buildings.


تگ های مرتبط :

Architecture, Biology, Design
دو گنبد دوقلو، دو فرهنگ طراحی از بیخ متضاد. یکی ساخته شده از هزاران قطعه فولادی، دیگری از نخ ابریشمی یکسره. یکی مصنوعی، دیگری اورگانیک. یکی بر محیط زیست تحمیل شده، دیگر خلق کننده آن است. یکی برای طبیعت طراحی شده، دیگری از سوی او طراحی شده. میکل‌آنژ می‌گفت وقتی به مرمر نتراشیده نگاه می‌کند، فیگوری را می‌دید که در تقلای رها شدن است. اسکنه تنها ابزار میکل‌آنژ بود. اما موجودات زنده را نمی‌توان تراشید. رشد مى‌کنند. و در کوچکترین واحدهای زندگیمان، یعنی سلولها، همه اطلاعات را جابجا می‌کنیم
که برای کارکرد و تکرار همسان تک به تک سلولها لازم است. ابزار هم پیامد دارند. حداقل از زمان انقلاب صنعتی، جهان طراحی تحت سلطه شدت تولید انبوه و کارخانهداری بوده است. خطوط مونتاژ جهانی ساخته شده از قطعات را دیکته میکند، با در چارچوب قرار دادن تخیل طراحها و معمارها که برای اندیشیدن درباره اشیاء بعنوان مونتاژهایی از قطعات مجزا با کارکردهای متمایز آموزش دیدهاند. اما شما قادر به یافتن مونتاژهای مصالحی همگن در طبیعت نیستید. برای مثال پوست انسان را در نظر بگیرید. پوست صورت ما نازک است و منافذ درشت دارد. پوست پشتمان ضخیمتر است و منافذ ریز دارد.
یکی عمدتا بعنوان فیلتر عمل میکند، دیگری عمدتا بعنوان مانع، و هر دو آنها یک پوست است: بدون اجزا، بدون مونتاژ. سیستمی است که به تدریج عملکردش را بواسطه کشسانی متنوع تغییر میدهد. خب در اینجا صفحه نمایش تفکیک شدهای را داریم که نمایانگر دیدگاه جهانی چندپارهام، شخصیت چندپاره هر طراح و معماری است که امروزه بین اسکنه (ابزار کندکاری) و ژن، بین ماشین و موجود زنده، بین مونتاژ و رشد، بین هنری فورد و چارلز داروین فعالیت میکند. این دو دیدگاه جهانی، سمت چپ مغزم و سمت راست مغزم، تجزیه و تحلیل و ترکیب پشت سرم بر دو این صفحه نمایش داده خواهد شد.
کارم، در سادهترین سطح آن، درباره یکی کردن این دو دیدگاه جهانی، دور شدن از مونتاژ و نزدیک شدن به رشد است. احتمالا از خودتان بپرسید: چرا حالا؟ چرا ۱۰ یا حتی پنج سال پیش ممکن نبود؟ ما در برهه خیلی خاصی از تاریخ زندگی میکنیم، زمانی نادر، زمانی که همآمیزی چهار رشته به طراحان فرصت دستیابی به ابزاری را میدهد که تا بحال به آن دستیابی نداشتهایم. این رشتهها طراحی کامپیوتری، که ما را قادر به طراحی اشکال پیچیده با کدی ساده است؛ چاپگرهای سه بعدی، به ما اجازه تولید قطعات را میدهند
با افزودن مواد بجای تراشیدنشان؛ مهندسی مواد، ما را قادر به طراحی رفتار مواد در وضوح بالا میکند؛ و زیست‌شناسی مصنوعی با ویرایش دیانای ما را قادر به طراحی عملکردهای جدید زیست شناختی میکند. و در همبری این چهار رشته، من و گروهام دست به آفرینش میزنیم. لطفا بیننده ذهن و دستهای شاگردانم باشید. ما اشیاء و محصولات و سازهها و ابزار در سراسر مقیاسها طراحی میکنیم، از مقیاسهای بزرگ گرفته مثل این بازوی روباتیک با شعاع دسترسی ۲۴ متری همراه یک پایه ترابری به زودی تمام ساختمانها را بصورت گرافیکی در مقیاس نانو چاپ میکند که تماما از ریزاندامگان ساخته شدهاند که مورد مهندسی ژنتیکی قرارگرفتهاند
تا در تاریکی بدرخشند. در اینجا به تجسم دوباره مشربیه( مشبک چوبی) پرداختهایم که نمونه باستانی معماری عربی است، و صفحهای خلق کردیم که همه روزنهها اندازه خاص خودشان را دارند تا شکل نور و گرمایی که از آن میگذرد را شکل دهند. در پروژه بعدی ما، ما به کنکاش احتمال خلق یک شنل و دامن میپردازیم-- این برای یک شو مد پاریس همراه ایریس فان هرپن بود-- مثل یک پوست دوم که از یک جز تشکیل شده، کشیده در خطوط خارجی، انعطافپذیر در اطراف کمر. با شرکت Stratasys همکاردراز مدتم در چاپ سه بعدی، ما این شنل و دامن را بدون کوک زدن بین سلولها، چاپ 3 بعدی کردیم،
و به شما اشیاء بیشتری مثل این را نشان خواهم داد. این کلاه ایمنی ترکیبی از مواد نرم و سخت با وضوح ۲۰ میکرونی است. این وضوح موی آدمی است. همینطور وضوح یک دستگاه سیتی اسکن. آن طراحان دسترسی به چنین ابزار مصنوعی و تحلیلی با وضوح بالا را دارند تا قادر به طراحی محصولاتی باشند که تنها درخور شکل اندام ما باشد، بلکه مناسب ترکیب تنکرد شناختی بافتهای ما نیز باشد. سپس یک صندلی آکوستیک را طراحی کردیم، صندلی که همزمان سازه راحتی داشته باشد و همینطور صدا را جذب کند. پروفسور کارتر، همکارم و من طبیعت را برای الهامبخشی تغییر دادیم،
و با طراحی این الگوی ظاهری سطح غیرعادی، قادر به جذب صدا میشود. سطح آن را با داشتن ۴۴ ویژگی مختلف چاپ کردیم، متنوع در محکمی، کدری و سفید، مطابق با نقاط فشار در بدن انسان. ماهیت سطح آن، دارای تنوع در عملکرد است نه با افزودن مواد دیگر یا مونتاژ بلکه به واسطه خاصیت مادی متنوع شکننده و مداوم است. اما آیا طبیعت ایدهال است؟ آیا هیچ قطعهای در طبیعت نیست؟ من در خانواده یهودی متعصب بزرگ نشدم، اما خب بچه که بودم مادر بزرگم برایم قصههایی از کتاب مقدس عبری میگفت،
و یکی از آنها که در ذهنم مانده، توصیف کننده دغدغه امروزم است. آنطور که او میگفت: « در روز سوم آفرینش، خداوند به زمین فرمان داد یک درخت میوه را پرورش دهد.» برای این اولین درخت میوه هیچ تفاوتی بین کنده، شاخهها، برگها و میوه نبود. کل درخت یک میوه بود. در عوض، خشکی درختهایی را پرورش داد که پوست و ساقه و گل داشتند. خشکی جهانی را خلق کرد که متشکل از اجزا است. اغلب از خودم میپرسم، « طراحی چطور میشد اگر اشیاء قرار بود تماما یک تکهای باشند؟ آیا به وضعیت بهتری از خلق برمیگشتیم؟» پس به دنبال آن ماده توراتی گشتم،
آن مادهای که مثل درخت میوه است و پیدایش کردیم. دومین بیوپلیمر عظیم در زمین کیتین نام دارد، و بالا ۱۰۰ میلیون تن از آن در سال توسط موجوداتی از قبیل میگوها، خرچنگها، عقربها و پروانهها تولید میشود. فکر کردیم آیا قادر به تنظیم ویژگیهای آن هستیم، میتوانیم سازههای یک تکهایی را تولید کنیم که چندین کاربرد داشته باشند. پس این کار را انجام دادیم. که خوراک دریایی قانونی نامیدیم. (خنده) یک مشت پوسته میگو سفارش دادیم، آسیابشان کردیم و خمیر کیتین تولید کردیم. با غلظتهای شیمیایی متنوع،
قادر بودیم به آرایه گستردهای از ویژگیها دست بیابیم، از تیرگی، سفتی و کدری گرفته تا روشنایی، نرمی و شفافیت. برای چاپ سازهها در مقیاس بزرگ، سیستم بیروناندازی را با چندین نازل ساختیم که با روبات کنترل میشد. ربات ویژگیهای مواد را در پنجه دستگاه چاپ نغییر میدهد و این سازههای ۳/۶۵ متری ساخته شده از یک تک ماده را خلق میکند که ۱۰۰ درصد قابل بازیافت است. وقتی اجزا آمادهاند، منتظر خشک شدنشان میمانیم و این که در اثر تماس با هوا شکل طبیعی بگیرند. پس چرا هنوز با پلاستیکها طراحی میکنیم؟ حبابهای هوا که محصول فرعی فرایند چاپند
قبلا حاوی ریزاندامگان فتوسنتزی بودند که آنطور که دیروز فهمیدیم اول بار ۳.۵ میلیارد قبل روی زمین ظاهر شدند. همراه با همکارانمان در هاروارد و امآِیتی، با کتریهایی را که مهندسی ژنتیکی شده بودند را کار چذاشتیم تا کربن را با سرعت از اتمسفر گرفته و به شکر تبدیل کنند. برای اولین بار، قادر بودیم سازههایی را تولید کنیم که بدون کوک زدن از پرتو به روزنه منتقل میشد، و در مقیاس بزرگتر به پنجرهها. یک درخت میوه. کار کردن با مواد باستانی، یکی از نخستین اشکال حیات در زمین،
با کلی آب و کمی بیولوژی ترکیبی، قادریم بودیم سازه ساخته شده از پوسته میگو را به معماری تبدیل کردیم که مثل یک درخت رفتار میکند. و این بهترین قسمت است: چهار شی را که به منظور زیست‌فروسایی طراحی شدهاند، را توی دریا میگذاریم، و آنها باعث تغذیه حیات آبزیها میشوند؛ آنها را توی خاک بگذارید، و آنها به رشد درخت کمک خواهند کرد. تنظیمات شخصی برای کاوش بعدیمان با استفاده از همان اصول طراحی نظام خورشیدی بود. به دنبال احتمال خلق پوشاک زندگیپرور برای سفرهای فضایی بین سیاهای گشتیم. برای انجام آن، نیاز به وجود باکتریها و توانایی در مهار جریان آنها داشتیم.
خب مثل جدول تناوبی، ما با جدول خودمان از عناصر رسیدیم: اشکال جدید حیات که رشد کامپیوتری دارند، چاپ سه بعدی می‌شوند و از لحاظ زیست‌شناختی افزونی‌شوند. مایلم به زیست شناسی ترکیبی بعنوان علم شیمی مایع بنگرم، نه بعنوان صرفا تغییر ماهیت دادن فلزات، شما کارایی زیستشناختی جدید درون هر کانال خیلی کوچک را ترکیب میکنید. این کار میکروفلوئیدیک نام دارد. ما کانالهای خودمان را چاپ ۳ بعدی میکنیم تا جریان این بسترهای باکتریایی مایع را مهار کنیم. در اولین تکه از لباسمان دو میکروارگانیسم را ترکیب کردیم. اولی سیانوباکتر است. محل زندگیش در اقیانوسها و برکههای آب شیرین است.
و دومی، اشریشیا کُلی است، باکتری که در روده انسان زندگی میکند. یکی نور را به شکر و دیگری آن شکر را مصرف میکند و زیست سوختی را تولید میکند که برای ساخت محیط مفید است. تا کنون، این دو میکرواورگانیسم در طبیعت با هم تراکنش نداشتهاند. درواقع، هرگز یکدیگر را ملاقات نکردهاند. آنها را به اینجا آوردیم و برای نخستین بار مهندسی کردیم، برای داشتن رابطه با هم درون یک تکه لباس. به آن بعنوان تکامل نگاه کنید نه بواسطه انتخاب طبیعی، بلکه تکامل بواسطه طراحی. برای داشتن چنین روابطی، تنها یک کانال را ایجاد کردیم که با دستگاه گوارشی مشابهت دارد، که به جریان این باکتریها و تغییر کاراییشان در امتداد مسیر کمک خواهد کرد.
ما شروع به رشد این کانالها در بدن انسان کردیم، با ویژگیهای مادهای گوناگون طبق کارایی مطلوب. جایی که مایل به داشتن فتوسنتز بیشتر بودیم، کانالهای شفاف بیشتری را طراحی کردیم. این سیستم گوارشی پوشیدنی، از آغاز تا پایین وقتی پهن میشود، ۶۰ متر بزرگی آن است. این نصف طول زمین فوتبال است، و ۱۰ برابر درازای رودههای کوچک ما است. و در اینجا برای نخستین بار در TED نشان داده میشود-- نخستین کانالهای مایع پوشیدنی با قابلیت فتوسنتز سرشار از زندگی که توی یک لباس پوشیدنی میدرخشند. (تشویق) متشکرم. مری شلی گفت:« ما مخلوقات بی‌ریختی هستیم، نصف و نیمه ساخته شدیم.»
چطور میشود اگر طراحی بتواند آن نیمه دیگر را فراهم کند؟ چطور میشود اگر بتوانیم سازههایی را خلق کنیم که ماده زنده را افزایش میدهد؟ چطور میشود اگر میتوانستیم خالق ریزاندامگان همزیستی شخصی باشیم، که پوستهای ما را اسکن میکند، بافت آسیب دیده را تعمیر و بدنهای ما را به آن بعنوان شکلی از زیست شناسی ویرایش شده فکر کنید. کل این مجموعه، یعنی خانه بهدوشها که اسمش را از سیارهها گرفته، برای من حتی لحظهای هم واقعا درباره مد نبوده، اما فرصتی را فراهم کرد تا درباره آینده نژاد ما روی زمین و فراتر از آن بیاندیشم، با ترکیب کردن بینش علمی با کلی رمز و راز و حرکت از عصر ماشینی به
به عصر جدیدی از همزیستی بین بدنهای ما، ریزاندامگانی که در ما سکونت دارند، تولیداتمان و حتی ساختمانهای ما. این را بومشناسی مواد مینامم. برای انجام این کار همیشه لازم بود به طبیعت بازگردیم. اما الان، شما میدانید که یک چاپگر سه بعدی ماده را در قالب لایهها چاپ میکند. میدانید که طبیعت این کار را نمیکند. رشد میکند. با پیچیدگی افزون میشود. این پیله کرم ابریشم، برای مثال، معماری شدیدا پیچیدهای را میافریند، منزلی در درون آن برای دگریسی. هیچ چاپ سه بعدی امروزه از لحاظ سطح پیچیدگی به ان نزدیک نیست. این را نه با ترکیب دو ماده که
با ترکیب دو پروتئین در غلظتهای مختلف انجام میدهد. یکی به عنوان سازه عمل می کند، دیگری بعنوان چسب یا ماتریکس، که این تاروپودها را نگه میدارد. و اینها در سراسر مقیاسها اتفاق میافتند. کرم ابریشم نخست خودش را به محیط وصل میکند-- یک سازه تنیدنی را خلق میکند-- و بعد شروع به تیندن یک پیله متراکم میکند. فشار و تراکم دو نیروی حیات هستند، که در یک تک ماده نمایان میشود. برای درک بهتر از پیچیدگی کارکرد این فرایند، یک مغناطیس زمینی کوچک، به سر اندام تارساز یک کرم ابریشم چسباندیم. آن را توی جعبهای با حسگرهای مغناطیسی گذاشتیم،
و آن به ما اجازه خلق سه بعدی ابر نقاط و بصرسازی معماری پیچیده ا پیله کرم ابریشم را میدهد. با این حال، وقتی کرم ابریشم را روی پینه صافی جای دادیم، نه توی جعبه، تشخیص دادیم که یک پیله مسطح را میریسد و همچنان صحیح و سالم دگردیسی میکند. پس شروع کردیم به خلق محیطهای مختلف، داربستهای مختلف، و پی بردیم که شکل و ترکیببندی و ساختار پیله، مستقیما از سوی طبیعت در جریان قرار می‌گیرد. کرمهای ابریشم اغلب درون پیلههایشان تا حد مرگ آبپز میشوند، ابریشمشان ریش ریش میشود و در صنعت نساجی استفاده میشد. تشخیص دادیم که طراحی این تمپلتها ما را قادر میسازد این ابریشم خام را
بدون جوشاندن حتی یک پیله شکل دهیم. (تشویق) آنها دگردیسی سالمی خواهند داشت، و ما قادر به خلق این چیزها خواهیم بود. بنابراین به این فرایند مقیاس معماری دادیم. ما یک ربات برای تنیدن تمپلت از ابریشم داشتیم، و آن را در سایتمان قرار دادیم. میدانستیم که کرمهای ابریشم به سمت محدودههای سردتر و تاریکتر کوچ میکنند، پس از یک نمودار مسیر خورشیدی برای آشکار کردن توزیع نورو گرما در سازهمان استفاده کردیم. بعد حفرهها یا روزنهها را خلق کردیم که اشعههای نور و گرما را سد میکرد، تا کرمهای ابریشم روی سازه توزیع شوند.
ما آماده دریافت کرمهای ابریشم بودیم. ۶/۵۰۰ کرم ابریشم را از مزرعه ابریشم آنلاین سفارش دادیم. و بعد از چهار هفته تغذیه، آماده تنیدن با ما بودند. آنها را با دقت در لبه زیرین داربست قرار میدهیم و آنها همانطور که میتنند شفیره میشوند، جفتگیری میکنند و تخم میگذارند، و زندگی دوباره از سر گرفته میشود-- درست مثل ما، اما خیلی خیلی کوتاهتر. باکی فولر گفت که کشش یک تمامیت فوقالعاده است، و حق با او بود. همانطور که ابریشم بیولوژیکی را بر ابریشم تابیده شده توسط ربات میتنند، به کل این پاویون تمامیت میبخشند. و بیش از دو تا سه هفته، ۶/۵۰۰ کرم ابریشم ۶/۵۰۰ کیلومتر را میتنند.
در یک تقارن جالب، درازای جاده ابریشم هم اینقدر هست. پروانهها بعد از سر از تخم درآوردن، ۱/۵ میلیون تخم تولید میکنند. که از آن میتوان در آینده برای ۲۵۰ پاویون اضافی استفاده کرد. پس در اینجا دو دیدگاه جهانی داریم. یکی که ابریشم را با بازوی روباتیک تولید میکند، دیگری جاهای خالی را پر میکند. اگر جبهه نهایی طراحی قرار است حیاتبخش تولیدات و ساختمانهای اطراف ما باشد، تا زیستگاهی متشکل از دو جنس را بسازد که بعدا طراحان این دو دیدگاه را باهم یکی کنند. که البته باز ما را به عقب و به نقطه آغازین بر میگرداند. در اینجا دوره جدیدی از طراحی را داریم، دروره جدیدی از خلاقیت،
که ما را از یک طراحی الهام گرفته از طبیعت به طبیعت الهامگرفته از طراحی میبرد و از ما برای بار نخست میخواهد که برای طبیعت مادری کنیم. متشکرم. (تشویق) از شما خیلی متشکرم. ممنونم. (تشویق)
Two twin domes, two radically opposed design cultures. One is made of thousands of steel parts, the other of a single silk thread. One is synthetic, the other organic. One is imposed on the environment, the other creates it. One is designed for nature, the other is designed by her. Michelangelo said that when he looked at raw marble, he saw a figure struggling to be free. The chisel was Michelangelo's only tool. But living things are not chiseled. They grow. And in our smallest units of life, our cells, we carry all the information
that's required for every other cell to function and to replicate. Tools also have consequences. At least since the Industrial Revolution, the world of design has been dominated by the rigors of manufacturing and mass production. Assembly lines have dictated a world made of parts, framing the imagination of designers and architects who have been trained to think about their objects as assemblies of discrete parts with distinct functions. But you don't find homogenous material assemblies in nature. Take human skin, for example. Our facial skins are thin with large pores. Our back skins are thicker, with small pores.
One acts mainly as filter, the other mainly as barrier, and yet it's the same skin: no parts, no assemblies. It's a system that gradually varies its functionality by varying elasticity. So here this is a split screen to represent my split world view, the split personality of every designer and architect operating today between the chisel and the gene, between machine and organism, between assembly and growth, between Henry Ford and Charles Darwin. These two worldviews, my left brain and right brain, analysis and synthesis, will play out on the two screens behind me.
My work, at its simplest level, is about uniting these two worldviews, moving away from assembly and closer into growth. You're probably asking yourselves: Why now? Why was this not possible 10 or even five years ago? We live in a very special time in history, a rare time, a time when the confluence of four fields is giving designers access to tools we've never had access to before. These fields are computational design, allowing us to design complex forms with simple code;
additive manufacturing, letting us produce parts by adding material rather than carving it out; materials engineering, which lets us design the behavior of materials in high resolution; and synthetic biology, enabling us to design new biological functionality by editing DNA. And at the intersection of these four fields, my team and I create. Please meet the minds and hands of my students. We design objects and products and structures and tools across scales, from the large-scale, like this robotic arm with an 80-foot diameter reach with a vehicular base that will one day soon print entire buildings,
to nanoscale graphics made entirely of genetically engineered microorganisms that glow in the dark. Here we've reimagined the mashrabiya, an archetype of ancient Arabic architecture, and created a screen where every aperture is uniquely sized to shape the form of light and heat moving through it. In our next project, we explore the possibility of creating a cape and skirt -- this was for a Paris fashion show with Iris van Herpen -- like a second skin that are made of a single part, stiff at the contours, flexible around the waist. Together with my long-term 3D printing collaborator Stratasys,
we 3D-printed this cape and skirt with no seams between the cells, and I'll show more objects like it. This helmet combines stiff and soft materials in 20-micron resolution. This is the resolution of a human hair. It's also the resolution of a CT scanner. That designers have access to such high-resolution analytic and synthetic tools, enables to design products that fit not only the shape of our bodies, but also the physiological makeup of our tissues. Next, we designed an acoustic chair, a chair that would be at once structural, comfortable
and would also absorb sound. Professor Carter, my collaborator, and I turned to nature for inspiration, and by designing this irregular surface pattern, it becomes sound-absorbent. We printed its surface out of 44 different properties, varying in rigidity, opacity and color, corresponding to pressure points on the human body. Its surface, as in nature, varies its functionality not by adding another material or another assembly, but by continuously and delicately varying material property. But is nature ideal? Are there no parts in nature?
I wasn't raised in a religious Jewish home, but when I was young, my grandmother used to tell me stories from the Hebrew Bible, and one of them stuck with me and came to define much of what I care about. As she recounts: "On the third day of Creation, God commands the Earth to grow a fruit-bearing fruit tree." For this first fruit tree, there was to be no differentiation between trunk, branches, leaves and fruit. The whole tree was a fruit. Instead, the land grew trees that have bark and stems and flowers. The land created a world made of parts.
I often ask myself, "What would design be like if objects were made of a single part? Would we return to a better state of creation?" So we looked for that biblical material, that fruit-bearing fruit tree kind of material, and we found it. The second-most abundant biopolymer on the planet is called chitin, and some 100 million tons of it are produced every year by organisms such as shrimps, crabs, scorpions and butterflies. We thought if we could tune its properties, we could generate structures that are multifunctional out of a single part. So that's what we did.
We called Legal Seafood -- (Laughter) we ordered a bunch of shrimp shells, we grinded them and we produced chitosan paste. By varying chemical concentrations, we were able to achieve a wide array of properties -- from dark, stiff and opaque, to light, soft and transparent. In order to print the structures in large scale, we built a robotically controlled extrusion system with multiple nozzles. The robot would vary material properties on the fly and create these 12-foot-long structures made of a single material, 100 percent recyclable.
When the parts are ready, they're left to dry and find a form naturally upon contact with air. So why are we still designing with plastics? The air bubbles that were a byproduct of the printing process were used to contain photosynthetic microorganisms that first appeared on our planet 3.5 billion year ago, as we learned yesterday. Together with our collaborators at Harvard and MIT, we embedded bacteria that were genetically engineered to rapidly capture carbon from the atmosphere and convert it into sugar. For the first time,
we were able to generate structures that would seamlessly transition from beam to mesh, and if scaled even larger, to windows. A fruit-bearing fruit tree. Working with an ancient material, one of the first lifeforms on the planet, plenty of water and a little bit of synthetic biology, we were able to transform a structure made of shrimp shells into an architecture that behaves like a tree. And here's the best part: for objects designed to biodegrade, put them in the sea, and they will nourish marine life; place them in soil, and they will help grow a tree.
The setting for our next exploration using the same design principles was the solar system. We looked for the possibility of creating life-sustaining clothing for interplanetary voyages. To do that, we needed to contain bacteria and be able to control their flow. So like the periodic table, we came up with our own table of the elements: new lifeforms that were computationally grown, additively manufactured and biologically augmented. I like to think of synthetic biology as liquid alchemy, only instead of transmuting precious metals, you're synthesizing new biological functionality inside very small channels.
It's called microfluidics. We 3D-printed our own channels in order to control the flow of these liquid bacterial cultures. In our first piece of clothing, we combined two microorganisms. The first is cyanobacteria. It lives in our oceans and in freshwater ponds. And the second, E. coli, the bacterium that inhabits the human gut. One converts light into sugar, the other consumes that sugar and produces biofuels useful for the built environment. Now, these two microorganisms never interact in nature. In fact, they never met each other. They've been here, engineered for the first time,
to have a relationship inside a piece of clothing. Think of it as evolution not by natural selection, but evolution by design. In order to contain these relationships, we've created a single channel that resembles the digestive tract, that will help flow these bacteria and alter their function along the way. We then started growing these channels on the human body, varying material properties according to the desired functionality. Where we wanted more photosynthesis, we would design more transparent channels. This wearable digestive system, when it's stretched end to end, spans 60 meters.
This is half the length of a football field, and 10 times as long as our small intestines. And here it is for the first time unveiled at TED -- our first photosynthetic wearable, liquid channels glowing with life inside a wearable clothing. (Applause) Thank you. Mary Shelley said, "We are unfashioned creatures, but only half made up." What if design could provide that other half? What if we could create structures that would augment living matter? What if we could create personal microbiomes that would scan our skins, repair damaged tissue
and sustain our bodies? Think of this as a form of edited biology. This entire collection, Wanderers, that was named after planets, was not to me really about fashion per se, but it provided an opportunity to speculate about the future of our race on our planet and beyond, to combine scientific insight with lots of mystery and to move away from the age of the machine to a new age of symbiosis between our bodies, the microorganisms that we inhabit, our products and even our buildings. I call this material ecology. To do this, we always need to return back to nature.
By now, you know that a 3D printer prints material in layers. You also know that nature doesn't. It grows. It adds with sophistication. This silkworm cocoon, for example, creates a highly sophisticated architecture, a home inside which to metamorphisize. No additive manufacturing today gets even close to this level of sophistication. It does so by combining not two materials, but two proteins in different concentrations. One acts as the structure, the other is the glue, or the matrix, holding those fibers together. And this happens across scales.
The silkworm first attaches itself to the environment -- it creates a tensile structure -- and it then starts spinning a compressive cocoon. Tension and compression, the two forces of life, manifested in a single material. In order to better understand how this complex process works, we glued a tiny earth magnet to the head of a silkworm, to the spinneret. We placed it inside a box with magnetic sensors, and that allowed us to create this 3-dimensional point cloud and visualize the complex architecture of the silkworm cocoon. However, when we placed the silkworm on a flat patch,
not inside a box, we realized it would spin a flat cocoon and it would still healthily metamorphisize. So we started designing different environments, different scaffolds, and we discovered that the shape, the composition, the structure of the cocoon, was directly informed by the environment. Silkworms are often boiled to death inside their cocoons, their silk unraveled and used in the textile industry. We realized that designing these templates allowed us to give shape to raw silk without boiling a single cocoon. (Applause) They would healthily metamorphisize,
and we would be able to create these things. So we scaled this process up to architectural scale. We had a robot spin the template out of silk, and we placed it on our site. We knew silkworms migrated toward darker and colder areas, so we used a sun path diagram to reveal the distribution of light and heat on our structure. We then created holes, or apertures, that would lock in the rays of light and heat, distributing those silkworms on the structure. We were ready to receive the caterpillars. We ordered 6,500 silkworms from an online silk farm.
And after four weeks of feeding, they were ready to spin with us. We placed them carefully at the bottom rim of the scaffold, and as they spin they pupate, they mate, they lay eggs, and life begins all over again -- just like us but much, much shorter. Bucky Fuller said that tension is the great integrity, and he was right. As they spin biological silk over robotically spun silk, they give this entire pavilion its integrity. And over two to three weeks, 6,500 silkworms spin 6,500 kilometers. In a curious symmetry, this is also the length of the Silk Road. The moths, after they hatch, produce 1.5 million eggs.
This could be used for 250 additional pavilions for the future. So here they are, the two worldviews. One spins silk out of a robotic arm, the other fills in the gaps. If the final frontier of design is to breathe life into the products and the buildings around us, to form a two-material ecology, then designers must unite these two worldviews. Which brings us back, of course, to the beginning. Here's to a new age of design, a new age of creation, that takes us from a nature-inspired design to a design-inspired nature,
and that demands of us for the first time that we mother nature. Thank you. (Applause) Thank you very much. Thank you. (Applause)