TED日本語 - ネリ・オックスマン: テクノロジーとバイオロジーを融合したデザイン

TED日本語

TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - ネリ・オックスマン: テクノロジーとバイオロジーを融合したデザイン

TED Talks

テクノロジーとバイオロジーを融合したデザイン
Design at the intersection of technology and biology
ネリ・オックスマン
Neri Oxman

内容

デザイナーで建築家のネリ・オックスマンは、デジタル製造技術と生物世界とを絡み合わせる研究チームを率いています。コンピュテーショナル・デザインと、付加製造技術、材料工学、合成生物学の交差する分野で、彼女の研究チームは、微生物や私たちの身体、製品や建築物までもが共生する新しい世界に踏み出しています。

Script

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)

この双子のようなドームは 根本的に真逆のデザインから生まれました 一方は何千ものスチール部品から もう一方は一本の絹の糸から作られています 前者は人工的で 後者は有機的です 前者は自然に割り込むように存在し 後者は自然を創り出します 前者は自然の為にデザインされ 後者は自然によりデザインされました

ミケランジェロは 手つかずの大理石を目にして 解き放たれようとする 彫像が見えたと言います 「のみ」が彼の唯一の道具でした しかし 生物は彫刻により生み出されるのではなく 成長していくのです 私たちの生命を作る 一番小さな単位 細胞には 機能し自己複製する為に必要な あらゆる情報が詰め込まれています

道具を使うことの副作用もあります 産業革命以降 デザインの世界は 製造 そして画一的な大量生産に 支配されて来ました 組み立てラインは 部品で構成された世界観を生み出し デザイナーや建築家の想像力を狭め 物事をそれぞれが個別の機能を持った 部品で出来上がったものと 捉えさせるようになりました

しかし 自然は均質的な物質で 出来上がっているのではありません 人間の皮膚を例にとってみましょう 私たちの顔の皮膚は薄く 大きな毛穴があります しかし背中の皮膚は より分厚く 小さな毛穴が開いています 片方はフィルターとして働き もう片方はバリヤーとして働きます それでもどちらも同じ皮膚なのです 部品ごとに組み合わされたものではありません これは弾力性が変化することにより 次第にその機能が変化していく という仕組みなのです この分割された画面は 私の分断された世界観を表現します 現代のデザイナーや建築家の 分裂したパーソナリティー を表します のみと遺伝子 機械と生物組織 組み立てと成長 ヘンリー・フォードとチャールズ・ダーウィン これらの対立する世界観 私の左脳と右脳 分割と統合 それらが背後の2つのスクリーンに現れます 私の仕事は最も端的には これらの2つの世界観を繋ぎ 組み立てる世界から次第に離れ 成長する世界へと近づくことです

皆さんは多分こう訝しがられているでしょう なぜ今そんなことを? なぜ10年 いや5年前に それができなかったのだろう? 私たちは史上とても稀有な時代に生きています 4つの領域が合わさり デザイナー達に 今まで手に入らなかったようなツールを 提供しているのですから それらは 単純なコードで複雑な形をデザインする コンピュテーショナル・デザイン 彫ることによって造り出すのではなく 既にあるものに加えることで作る 付加製造技術 非常に微細なレベルまで 素材の性質をデザインする 材料工学 そしてDNAを編集することで 新たな機能性をデザインする 合成生物学です 私のチームは これらの4領域が交差する場所で 創造しています 私の生徒たちの思想と技術を ご紹介しましょう

私たちはあらゆる大きさの物体や製品 そして構造を作り出しています 可動式で直径24メートルの ロボット・アームによって いつかは建物自体までもを 印刷出来るようになる一方 遺伝子工学により改変された 暗闇で光る微生物による ナノスケールのグラフィックスまであります 私たちはアラブの古い建築様式の原型である マシュラビーヤをデザインのベースとし そこを通る光や熱を操れるように 窓の大きさがそれぞれに異なる スクリーンを生み出しました

次のプロジェクトでは イリス・ヴァン・ヘルペンの パリ・ファッションショーの為に ただ一つのパーツから成る第二の皮膚のような ケープとスカートを実験的に作ってみました 輪郭は硬く ウエストは柔軟なのです 昔から3D印刷技術で 協力しているストラタシス社と共に この細胞間に縫い目の無い ケープとスカートをつくりました このような作品をもっとご覧にいれましょう このヘルメットは硬い素材と柔らかい素材を 20ミクロンのスケールで 組み合わせています これは人の髪の太さや CTスキャナーの解像度と同じ程度です デザイナー達は 高分解能の解析・統合設計ツールを利用して 身体にフィットするだけでなく 身体組織の特性に合わせて デザインすることができます 次に私たちは 防音効果のある椅子を作りました 構造的で 快適な椅子で 音をも吸収します 私の共同研究者 カーター教授と共に 私たちは自然を着想の源に 非均一的な表面パターンをデザインしました それが防音効果を持つというわけです 44種の異なる特性を元に この椅子の表面は 堅さ、透明度、色などを変化させ 体の力が掛かる場所に応じて 選んで印刷しました この椅子の表面は 我々の体と同様に 場所に応じて変化しています 素材を新たに加えたり 組み立てたりせず それ自体は途切れること無く次第に 繊細にその材質の特性を変化させているのです

でも 自然は理想的なのでしょうか? 自然には部品は存在し無いのでしょうか? 私は信仰深いユダヤ教の家庭に 育ったわけではありませんが 若い頃 私の祖母がユダヤ教の聖書から 物語を引用し語ってくれました その中の一つがとても強く心に残り 多分に 私の価値観に影響を及ぼしました 祖母が語ったのは: 「創造の第3日目 神は地上に 果実の実る木を生やすよう命ぜられた」 この最初の木には 幹や枝 葉と果実 という 違いがある必要は 無かったはずだと思うのです 木全体が果実だったことでしょう 代わりに 大地は幹や枝や花々をつけた 木々を生やしました 大地はパーツで構成された世界を創りだしたのです よく自分にこう問いかけます 「もし物体がたった一つのパーツで 構成されていたら どんなデザインになるだろう? 創造のより良い原点に立ち戻れるだろうか?」

それで私たちは あの聖書に描かれる 果実の実る木のような物体を探し出しました バイオポリマー(生体高分子)の中でも 2番目に豊富なものは キチン質と呼ばれ 毎年数億トン程のキチン質が エビやカニ、サソリや蝶により生成されています もしこの物質の性質を調整すれば 1つのパーツでありながら 複数の機能を持つ構造を 生み出せるのではないかと思いました それで やってみたのです まずリーガル・シーフード(レストラン)に電話し ―

(笑)

たくさんのエビの殻を注文しました それを磨り潰し キトサンのペーストを作り出しました 化学的濃度を変化させることで 多様な範囲の特性を作り出すことができました 濃い色で固く不透明な素材から 軽く柔らかで透明なものまで この構造を大規模に3D印刷するために 機械的にコントロールされた 複数のノズルで射出するシステムをつくりました このロボットは素材の特性を瞬時に変化させ 一つの素材から4メートル程の長さの構造を作り出します 完全にリサイクル可能です パーツが完成すると 乾燥させられ 空気との接触により自然に形づくられてきます もうプラスチックは必要無くなるでしょう 印刷過程で生まれる気泡は 35億年前に地上に初めて登場した 光合成を行う微生物を包み込んでいたものです これは最近になって分かったことです ハーバードとMITの共同研究者たちと共に 大気中の炭素を素早く取り込み糖分に変換するように 遺伝子操作を加えたバクテリアを これに埋め込みました 私たちは初めて 梁から網目状の部分まで継ぎ目無く 変化し つながる構造を作ることができました 窓のように大きく作ることだってできます 「果実である樹」です 地球に最初に現れたような 古来からある材料を用いて たくさんの水と 合成生物学の手法で少し手を加えることにより エビの殻で出来た構造を 木のような構造に変えることができたのです そして最も素晴らしいことは 生物分解する物質を デザインできたことです 海に入れると海洋生物の栄養になり 土に戻すと木の栄養となるのです

このデザイン原理を用いた次の冒険の舞台は 太陽系でした 惑星間航海の為の生命維持装置となる 服の開発も考えてみました そのためには微生物を蓄え その動きを管理する必要があります 私たちは 元素記号表のような 独自の要素記号表を作りました 新たな生命体が 計算通りに成長し 付加的に造られ 生物的に成長していきました 合成生物学は液体の錬金術のようなものだと考えています そして貴金属を作り出す代わりに 新たな生物学的機能性を非常に微小な チャネルの中に合成しているのです これはマイクロ流体技術と呼ばれています 私たちはこの流体状の微生物群の流れを コントロールするための チャネルを3D印刷しました 最初に作った服では 2つの微生物を組み合わせました まずは 海や淡水湖に住む藍藻類でした 次に人の腸に住む大腸菌です 前者は光を糖分に変え 後者は糖分を消費し そして環境に優しい生物燃料を生成します これら2つの微生物は自然では 決して交わることはありません 実際 決して出会うことがなかったのです それが今初めてこのように作り変えられ 衣服の中でお互いに関係し合うこととなったのです 自然選択ではなく デザインによって進化を遂げたのだと 考えてみてください この関係性を保つために 消化器官に似たチャネルを作り これらの微生物が行き来し その機能性が 場所に応じて変化しやすいようにしました そして求められる機能性に応じて 素材の性質を変化させ 人間の体の表面上で これらのチャンネルを成長させました 光合成が欲しかった部分には 透明なチャネルを増やしました このウェアラブルな消化器系は 目一杯に広げると 60メートルにもなります これはフットボール競技場の半分の長さで 私たちの小腸の10倍の長さです そしてここTEDで初めてお目にかけますが これが最初の光合成するウェアラブル素材で 衣服の中で流体を運ぶチャネルが 生命の輝きを放っています

(拍手)

ありがとうございます

小説家メアリー・シェリーは「人間とは 半分だけ仕上がった未完成の生き物たちだ」 と言いましたが もしデザインで残りの半分を補えるとしたら? 生体を増強できるような構造を 創り出せるとしたら? パーソナライズした微生物群を生み出し それが皮膚をスキャンし 損傷した組織を修復し 身体を維持することが出来たら? 例えて言うならバイオテクノロジーの 一種とも言えるでしょう 「ワンダラーズ」は 惑星から名前をとったコレクションで 私にとってはファッションというよりも 地上そして異星でのわが種族の将来に思いを馳せ 科学的洞察でたくさんの謎に取り組み 機械の時代を離れ 私たちの身体、我々が育てる微生物製品 そして建築物までもが 共生する新たな時代へと踏み出す きっかけを与えてくれました 私はこれをマテリアル・エコロジーと呼びます

この為には常に自然に立ち戻る必要があります 皆さんは3D印刷では材料を幾層にも 重ねて印刷する事をご存知ですね 自然ではそれはあり得ないということも 自然は成長します それは洗練した形で付加して行きます 例えばこの蚕の繭は とても洗練された構造を作り出し その中で変態を遂げるわけですが 現在の付加製造技術のどれも これ程の洗練に到達していません 蚕はそれを2つの素材を使ってするのではなく 濃度の違う2種類のタンパク質を使って行います 1つは骨格を作り もう1つは基質 つまり糊のように働き 繊維を束ねます これは規模を問わず行われます 蚕はまず周りの環境に従い 張力を持つ構造を作り出し そして圧縮性のある繭を紡ぎだします 緊張と圧縮 生命の2つの力が 1つの素材に現れます

この複雑なプロセスの仕組みを理解するために ごく小さな磁石を 蚕の頭にある吐糸管に取り付けました 蚕を磁力センサーとともに箱に入れることで 点からなる3次元的な雲状のイメージを作り出し 蚕が作った繭の複雑な構造を視覚化させました 蚕を箱の中ではなく 平面に置いた時 蚕たちは平らな繭を紡ぎますが それでも健全に変態していくことに 気づきました それで色々な環境や骨格をデザインしてみて 繭の形や構成や構造が直接環境に 影響されていることを発見しました

蚕は繭の中で煮沸され 絹が解かれ繊維工業に 利用される過程で死んでしまいますが 私たちはこれらのテンプレートを デザインすることで 蚕を殺さずに生糸に形を与える事が 出来ることに気づきました

(拍手)

蚕達は健全に変態し こうしたものを作り出すことができます

それで このプロセスを建築物の 規模にまで拡大しました まずロボットが絹を使ってテンプレートを紡ぎ それを配置しました 蚕達は暗く冷んやりとした場所を好むので 太陽の経路図を用いて この構造にどのように 光と熱が当たるかを割り出しました そして光と熱を固定するための穴や窓を作り 蚕達を骨格の上に並べました

さあ 蚕の出番です 6,500匹の蚕をオンラインの蚕農場から注文し 4週間蚕に餌を与え続けた後 蚕たちは糸を紡ぐ準備が出来ました 私たちは注意深く蚕たちを 骨格の下辺の縁に並べました 蚕たちは糸を紡ぎ さなぎになり 交尾し 卵を産みつけ 私たちと同様に生命がまた繰り返されます しかしずっと早い周期で繰り返されます

バックミンスター・フラーは 「完全な状態には緊張がある」と言いましたが その通りでした 有機的な絹を 機械的に生み出された 絹の上に紡ぎながら 蚕たちはこのパビリオンを完成させて行きました 2~3週間を経て 6,500の蚕たちは6,500キロメートルを 紡ぎあげました 面白い数字の釣り合いですが これはシルクロードの長さでもあります 蚕たちは一生に150万個の卵を産みます これは250のパビリオンを作るに足りる量です

さあ再び2つの世界観ですが ― 1つは機械のアームから絹を紡ぎ もう1つは隙間を埋めてゆく ―

もしデザインの到達地点が 製品や建物に生命を吹き込み 2素材によるエコロジーを維持することとすれば デザイナー達はこの2つの世界観を 統合しなければなりません これが冒頭の話へと繋がります ― デザインの新時代が訪れました 新しい創造の時代 それは自然に着想したデザインから デザインに着想した自然へと進化したものです それは今初めて私たちに 私たちが形作る自然という課題を示しています

どうもありがとうございました

(拍手)

ありがとうございました

(拍手)

― もっと見る ―
― 折りたたむ ―

品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

関連動画