دروس مدهشة من مهندسي الطبيعة

إنه لأمرٌ مثيرٌ أن أكون هنا في مؤتمرٍ مُخصصٍ لموضوع "مستوحى من الطبيعة" - كما تتخيلون. وأنا أيضًا متحمسٌ لوجودي في قسم المداعبة. هل لاحظتم أن هذا القسم مخصصٌ للمداعبة؟ لأنني أتحدث عن أحد مخلوقاتي المفضلة، وهو طائر الغطاس الغربي. لن تعيشوا حتى تشاهدوا هذه الطيور تؤدي رقصة التودد. كنتُ في بحيرة بومان في منتزه جلاسير الوطني، وهي بحيرةٌ طويلةٌ ورفيعةٌ تكسوها جبالٌ مقلوبة، وكان لديّ أنا وشريكي صدفة تجديف. وهكذا كنا نجدف، وظهر أحد طيور الغطاس الغربي هذه. وما تفعله هذه الطيور في رقصة التودد هو أنها ترقص معًا، كرفيقين، وتبدأ بالجري تحت الماء. تُجدّف أسرع فأسرع، حتى تصل إلى سرعةٍ عاليةٍ جدًا بحيث ترتفع حرفيًا عن الماء، وتقف منتصبةً، وكأنها تُجدّف على سطح الماء. وظهر أحد هذه الغواصات أثناء تجديفنا. وهكذا كنا في جمجمة، وكنا نتحرك بسرعة فائقة. وأعتقد أن هذا الغواص ظننا خطأً طائرًا، وبدأ يركض على الماء بجانبنا، في رقصة مغازلة - لأميال. كان يتوقف، ثم يبدأ، ثم يتوقف، ثم يبدأ. هذه هي المداعبة. (ضحك)

1:46 كنتُ على وشك تغيير نوعي في تلك اللحظة. من الواضح أن الحياة قد تُعلّمنا شيئًا ما في مجال الترفيه. الحياة لديها الكثير لتُعلّمنا إياه. لكن ما أود التحدث عنه اليوم هو ما قد تُعلّمنا إياه الحياة في التكنولوجيا والتصميم. ما حدث منذ صدور الكتاب - كان الكتاب في المقام الأول عن أبحاث المحاكاة الحيوية - وما حدث منذ ذلك الحين هو أن المهندسين المعماريين والمصممين والمهندسين - الذين يُشكّلون عالمنا - بدأوا بالاتصال قائلين: نريد عالم أحياء ليجلس على طاولة التصميم ليساعدنا، في الوقت الفعلي، على أن نُلهم. أو - وهذا هو الجزء المُمتع بالنسبة لي - نريدكم أن تأخذونا إلى العالم الطبيعي. سنأتي بتحدٍّ في التصميم، وسنجد روّاد التكيف في العالم الطبيعي، الذين قد يُلهموننا.

٢:٤٠ هذه صورة من رحلة إلى جزر غالاباغوس قمنا بها مع بعض مهندسي معالجة مياه الصرف الصحي؛ فهم ينقون مياه الصرف. بل إن بعضهم كان شديد المقاومة لوجودهم هناك. ما أخبرونا به في البداية هو أننا نستخدم بالفعل المحاكاة الحيوية. نستخدم البكتيريا لتنظيف مياهنا. وقلنا لهم: "حسنًا، هذا ليس استلهامًا من الطبيعة تمامًا. هذه معالجة حيوية، كما تعلمون؛ إنها تقنية بمساعدة حيوية: استخدام كائن حي لمعالجة مياه الصرف الصحي تقنية قديمة جدًا تُسمى "التدجين". هذا يعني تعلم شيء ما، تعلم فكرة من كائن حي، ثم تطبيقها. ومع ذلك، لم يستوعبوا الفكرة بعد".

٣:٢٧ ذهبنا في نزهة على الشاطئ، وقلتُ لهم: حسنًا، أخبروني بإحدى مشاكلكم الكبيرة. أعطوني تحديًا في التصميم، أو عائقًا في الاستدامة، يمنعكم من تحقيق الاستدامة. فقالوا: الترسب، وهو تراكم المعادن داخل الأنابيب. قالوا: ما يحدث هو تراكم المعادن - كما هو الحال في منازلكم - ثم تُغلق الفتحة، وعلينا غسل الأنابيب بالسموم، أو نحفرها. لذا، إذا كان لدينا طريقة لوقف هذا الترسب، فقد التقطتُ بعض الأصداف من الشاطئ. وسألتهم: ما هو الترسب؟ ماذا يوجد داخل أنابيبكم؟ فقالوا: كربونات الكالسيوم. فقلتُ: هذا هو؛ هذا كربونات الكالسيوم.

4:09 ولم يكونوا يعلمون ذلك. لم يكونوا يعلمون أن الصدفة البحرية تُشكّل بواسطة البروتينات، ثم تتبلور أيونات مياه البحر في مكانها لتكوين صدفة. لذا، تحدث نفس العملية، بدون البروتينات، داخل أنابيبهم. لم يكونوا يعلمون. هذا ليس لنقص المعلومات؛ بل لنقص التكامل. كما تعلمون، إنها صومعة، أناس في صوامع. لم يكونوا يعلمون أن الشيء نفسه يحدث. لذا فكر أحدهم في الأمر وقال: حسنًا، إذا كان هذا مجرد تبلور يحدث تلقائيًا من مياه البحر - تجميع ذاتي - فلماذا لا تكون الأصداف لا نهائية الحجم؟ ما الذي يوقف التبلور؟ لماذا لا تستمر في العمل؟ فقلتُ: حسنًا، بنفس الطريقة التي تُفرز بها بروتينًا ويبدأ التبلور - ثم يتدخلون جميعًا - يتخلصون من بروتين يوقف التبلور. يلتصق حرفيًا بالسطح المتنامي للبلورة. وفي الواقع، يوجد منتج يُسمى TPA يُحاكي هذا البروتين - بروتين التوقف - وهو طريقة صديقة للبيئة لمنع تراكم الترسبات في الأنابيب.

٥:٢٦ غيّر ذلك كل شيء. منذ ذلك الحين، لم يعد بالإمكان إعادة هؤلاء المهندسين إلى القارب. في اليوم الأول، كانوا يتنزهون، وكانوا يُصدرون صوت طقطقة. بعد خمس دقائق، عادوا إلى القارب. انتهينا. كما تعلم، لقد رأيت تلك الجزيرة. بعد ذلك، كانوا يزحفون في كل مكان. كانوا يغطسون طالما سمحنا لهم بذلك. ما حدث هو أنهم أدركوا أن هناك كائنات حية حلّت بالفعل المشاكل التي قضوا حياتهم المهنية في محاولة حلها.

6:05التعلم عن العالم الطبيعي شيء، والتعلم منه هو التغيير الجذري. هذا هو التغيير الجذري. ما أدركوه هو أن إجابات أسئلتهم موجودة في كل مكان؛ كل ما عليهم فعله هو تغيير منظورهم للعالم. 3.8 مليار سنة من التجارب الميدانية. 10 إلى 30 - سيخبرك كريج فينتر على الأرجح؛ أعتقد أن هناك أكثر من 30 مليون حل مُكيف جيدًا. المهم بالنسبة لي هو أن هذه الحلول تُحل في سياقها. والسياق هو الأرض - نفس السياق الذي نحاول فيه حل مشاكلنا. لذا، فهو محاكاة واعية لعبقرية الحياة. إنه ليس محاكاةً أعمى - مع أن آل يحاول تصفيف شعره - إنه ليس محاكاةً أعمى؛ إنه أخذ مبادئ التصميم، وعبقرية العالم الطبيعي، وتعلم شيء منه.

٧:٠٧ الآن، في مجموعة تضم هذا العدد الكبير من خبراء تكنولوجيا المعلومات، عليّ أن أذكر ما لن أتحدث عنه، وهو أن مجالكم تعلّم الكثير من الكائنات الحية، من ناحية البرمجيات. فهناك أجهزة كمبيوتر تحمي نفسها، مثل جهاز المناعة، ونحن نتعلم من تنظيم الجينات والتطور البيولوجي. ونتعلم من الشبكات العصبية، والخوارزميات الجينية، والحوسبة التطورية. هذا من ناحية البرمجيات. لكن ما يثير اهتمامي هو أننا لم ندرس هذا الأمر بالقدر الكافي. أعني، هذه الآلات ليست عالية التقنية في تقديري، بمعنى وجود العشرات من المواد المسرطنة في مياه وادي السيليكون. لذا، فإن الأجهزة ليست على المستوى المطلوب من حيث ما يمكن أن نسميه نجاحًا في الحياة. إذن، ما الذي يمكننا تعلمه عن التصنيع - ليس فقط أجهزة الكمبيوتر، بل كل شيء؟ الطائرة التي أتيت بها، والسيارات، والمقاعد التي تجلس عليها. كيف نعيد تصميم العالم الذي نصنعه، العالم الذي صنعه الإنسان؟ والأهم من ذلك، ما الذي يجب أن نطلبه في السنوات العشر القادمة؟ هناك العديد من التقنيات الرائعة في الحياة.

٨:٢٥ ما هو المنهج؟ ثلاثة أسئلة أساسية، بالنسبة لي. كيف تُصنع الأشياء؟ هذا هو العكس؛ هكذا نصنعها. يُسمى ذلك "التسخين، الضرب، والمعالجة" - هكذا يُطلق عليه علماء المواد. وهو عبارة عن تقطيع الأشياء من الأعلى، بحيث يتبقى ٩٦٪ من النفايات و٤٪ فقط من الناتج. تُسخن؛ تُضرب تحت ضغوط عالية؛ تُستخدم مواد كيميائية. حسنًا. التسخين، الضرب، والمعالجة.

٨:٥٣ الحياة لا تستطيع تحمّل ذلك. كيف تُصنّع الحياة الأشياء؟ كيف تستفيد منها إلى أقصى حد؟ إنها حبوب لقاح إبرة الراعي. وشكلها هو ما يمنحها القدرة على التدحرج في الهواء بسهولة. انظر إلى هذا الشكل. الحياة تُضيف معلومات إلى المادة. بمعنى آخر: بنية. إنها تُعطيها معلومات. بإضافة المعلومات إلى المادة، تُعطيها وظيفة مختلفة عن غياب هذه البنية. وثالثًا، كيف تُخفي الحياة الأشياء داخل الأنظمة؟ لأن الحياة لا تتعامل مع الأشياء حقًا؛ فلا توجد أشياء في العالم الطبيعي منفصلة عن أنظمتها. منهج سريع جدًا. مع قراءتي المتزايدة الآن، ومتابعتي للقصة، هناك أشياء مذهلة تظهر في العلوم البيولوجية. وفي الوقت نفسه، أستمع إلى العديد من الشركات وأكتشف تحدياتها الكبرى. المجموعتان لا تتواصلان إطلاقًا.

١٠:١١ ما الذي قد يكون مفيدًا في عالم الأحياء في هذه المرحلة، ليساعدنا على تجاوز هذه العقدة التطورية التي نعيشها؟ سأحاول شرح ١٢ نقطة بسرعة.

١٠:٢٣ من الأمور التي تثير اهتمامي التجميع الذاتي. سمعتم عن هذا في مجال تكنولوجيا النانو. بالعودة إلى القشرة: القشرة مادة ذاتية التجميع. في أسفل اليسار، نرى صورة لعرق اللؤلؤ يتشكل من مياه البحر. إنها بنية متعددة الطبقات، معدنية ثم بوليمرية، وهذا ما يجعلها متينة للغاية. إنها أقوى بمرتين من سيراميكنا عالي التقنية. لكن المثير للاهتمام حقًا: على عكس سيراميكنا الموجود في الأفران، يحدث التجميع الذاتي في مياه البحر. يحدث بالقرب من جسم الكائن الحي. هذه هي مختبرات سانديا الوطنية. وجد رجل يُدعى جيف برينكر طريقةً لعملية ترميز ذاتية التجميع. تخيلوا أن تتمكنوا من صنع السيراميك في درجة حرارة الغرفة بمجرد غمس شيء ما في سائل، ثم رفعه منه، ثم يُجبر التبخر جزيئات السائل على الالتصاق ببعضها، بحيث تتشابك معًا بنفس طريقة حدوث عملية التبلور. تخيلوا صنع جميع موادنا الصلبة بهذه الطريقة. تخيل أنك تقوم برش المواد الأولية على خلية كهروضوئية، ثم على خلية شمسية، ثم على سطح، ثم تقوم بتجميعها ذاتيًا في هيكل متعدد الطبقات يحصد الضوء.

١١:٤٣ إليكم فكرة مثيرة للاهتمام في عالم تكنولوجيا المعلومات: السيليكون الحيوي. هذا دياتوم، مصنوع من السيليكات. السيليكون الذي نصنعه حاليًا - وهو جزء من مشكلتنا المسرطنة في تصنيع رقائقنا - هو عملية تمعدن حيوي يتم محاكاتها الآن. هذا في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا. انظروا إلى هذه الدياتومات. هذا من عمل إرنست هيكل. تخيلوا أنكم قادرون - وهي عملية نموذجية، وتتصلب من سائل - تخيلوا أنكم قادرون على الحصول على هذا النوع من البنية في درجة حرارة الغرفة. تخيلوا أنكم قادرون على صنع عدسات مثالية. على اليسار، هذا نجم هش؛ مغطى بعدسات وجد فريق لوسنت تكنولوجيز أنها خالية من أي تشويه. إنها واحدة من أكثر العدسات خلوًا من التشويه التي نعرفها. وهناك الكثير منها، في جميع أنحاء جسمها. المثير للاهتمام، مجددًا، هو أنها تُجمّع ذاتيًا. امرأة تُدعى جوانا أيزنبرغ، من شركة لوسنت، تتعلم الآن القيام بذلك في عملية منخفضة الحرارة لإنشاء هذا النوع من العدسات. كما أنها تدرس الألياف البصرية. إنها إسفنجة بحرية مزودة بألياف بصرية. في قاعدتها، توجد ألياف بصرية تعمل بشكل أفضل من أليافنا، في الواقع، لنقل الضوء، ولكن يمكن ربطها بعقدة؛ فهي مرنة للغاية.

١٣:١٣ إليكم فكرة رائعة أخرى: ثاني أكسيد الكربون كمادة خام. قال جيف كوتس، من جامعة كورنيل، لنفسه: كما تعلمون، لا تعتبر النباتات ثاني أكسيد الكربون أكبر سم في عصرنا. نحن نرى الأمر بهذه الطريقة. النباتات مشغولة بصنع سلاسل طويلة من النشويات والجلوكوز، أليس كذلك؟ لقد وجد طريقة - وجد محفزًا - ووجد طريقة لاستخراج ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى بولي كربونات. بلاستيك قابل للتحلل الحيوي من ثاني أكسيد الكربون - يا له من شيء يشبه النباتات.

١٣:٤٢ التحولات الشمسية: الأكثر إثارة. هناك أشخاص يُحاكيون جهاز حصاد الطاقة داخل بكتيريا بنفسجية، وهم باحثون من جامعة ولاية أريزونا. والأكثر إثارة للاهتمام، مؤخرًا، في الأسبوعين الماضيين، أن هناك إنزيمًا يُسمى الهيدروجيناز، قادر على تطوير الهيدروجين من بروتون وإلكترونات، وقادر على امتصاص الهيدروجين - وهو ما يحدث في خلية الوقود، وفي قطبها الموجب، وفي خلية الوقود القابلة للعكس. في خلايا الوقود لدينا، نُجري ذلك باستخدام البلاتين؛ بينما تُجريه الحياة باستخدام حديد شائع جدًا. وقد تمكن فريقٌ الآن من محاكاة إنزيم الهيدروجيناز المُتحكم في الهيدروجين. إنه أمرٌ مثيرٌ للغاية بالنسبة لخلايا الوقود - أن تكون قادرًا على القيام بذلك بدون البلاتين.

١٤:٣٣ قوة الشكل: هذا حوت. رأينا زعانفه مزينة بدرنات. وهذه النتوءات الصغيرة تزيد من الكفاءة، على سبيل المثال، في حافة طائرة - تزيد الكفاءة بنحو ٣٢٪. وهو توفير مذهل في الوقود الأحفوري، لو وضعناه على حافة جناح طائرة. لون بدون أصباغ: هذا الطاووس يُنتج لونًا من خلال الشكل. يمر الضوء من خلاله، ويرتد عن الطبقات؛ وهذا ما يُسمى بتداخل الأغشية الرقيقة. تخيل أنك قادر على تجميع المنتجات ذاتيًا، حيث تتلاعب الطبقات القليلة الأخيرة بالضوء لخلق اللون. تخيل أنك قادر على إنشاء شكل على السطح الخارجي، بحيث ينظف نفسه بالماء فقط. هذا ما تفعله ورقة الشجر. هل رأيت هذه الصورة عن قرب؟ إنها كرة من الماء، وهذه جزيئات من التراب. وهذه صورة عن قرب لورقة لوتس. هناك شركة تصنع منتجًا يسمى Lotusan، والذي يحاكي - عندما يجف طلاء واجهة المبنى، فإنه يحاكي النتوءات الموجودة في ورقة التنظيف الذاتي، ومياه الأمطار تنظف المبنى.

١٥:٤٧ سيكون الماء تحدينا الأكبر والأعظم: إرواء العطش. إليكم كائنان حيّان يسحبان الماء. الخنفساء الناميبية على اليسار تسحب الماء من الضباب. والخنفساء على اليمين حشرة صغيرة تسحب الماء من الهواء، ولا تشرب الماء العذب. يُعدّ سحب الماء من ضباب مونتيري ومن هواء أتلانتا المتعرق، قبل دخوله إلى المبنى، من التقنيات الأساسية.

١٦:١٩ ستكون تقنيات الفصل بالغة الأهمية. ماذا لو قلنا: لا مزيد من تعدين الصخور الصلبة؟ ماذا لو فصلنا المعادن عن مجاري النفايات، أي كميات صغيرة من المعادن في الماء؟ هذا ما تفعله الميكروبات؛ فهي تُخلّب المعادن من الماء. هناك شركة هنا في سان فرانسيسكو تُدعى MR3 تُدمج مُحاكيات جزيئات الميكروبات في مُرشّحات لاستخراج مجاري النفايات. الكيمياء الخضراء هي كيمياء في الماء. نحن نُجري الكيمياء في المذيبات العضوية. هذه صورة لمغازل عنكبوتية تخرج والحرير يتشكّل منها. أليس هذا جميلاً؟ الكيمياء الخضراء تُحلّ محلّ كيمياءنا الصناعية بكتاب وصفات الطبيعة. الأمر ليس سهلاً، لأن الحياة لا تستخدم سوى مجموعة فرعية من عناصر الجدول الدوري. ونحن نستخدمها جميعاً، حتى السامة منها. إن إيجاد الوصفات المُتقنة التي ستأخذ المجموعة الفرعية الصغيرة من الجدول الدوري، وتُنتج موادّاً خارقة مثل تلك الخلية، هي مهمة الكيمياء الخضراء.

١٧:٣٨ التحلل المُؤقت: تغليف يبقى صالحًا حتى تفقده، ويذوب عند الحاجة. هذا بلح البحر الذي تجده في المياه هنا، والخيوط التي تثبته على صخرة مُؤقتة؛ بعد عامين بالضبط، تبدأ بالذوبان.

١٧:٥٥ الشفاء: هذه فكرة جيدة. هذا الكائن الصغير هناك هو بطيء الخطو. هناك مشكلة في عدم وصول اللقاحات حول العالم إلى المرضى. والسبب هو أن التبريد يتعطل بطريقة ما؛ ما يُسمى "سلسلة التبريد" يتعطل. قام رجل يُدعى بروس روزنر بدراسة بطيء الخطو - الذي يجف تمامًا، ومع ذلك يبقى حيًا لأشهر وشهور، وقادر على تجديد نفسه. ووجد طريقة لتجفيف اللقاحات - تغليفها بنفس نوع كبسولات السكر الموجودة في خلايا بطيء الخطو - مما يعني أن اللقاحات لم تعد بحاجة إلى التبريد. يمكن وضعها في صندوق القفازات، حسنًا. التعلم من الكائنات الحية. هذه جلسة عن الماء - نتعلم عن الكائنات الحية التي يمكنها الاستغناء عن الماء، من أجل صنع لقاح يدوم طويلًا دون تبريد.

١٩:٠٢ لن أصل إلى ١٢. لكن ما سأقوله لكم هو أن أهم شيء، إلى جانب كل هذه التكيفات، هو أن هذه الكائنات قد وجدت طريقة للقيام بالأشياء المذهلة التي تقوم بها مع الحفاظ على البيئة التي سترعى نسلها. عندما تشارك في المداعبة، فإنها تفكر في أمر بالغ الأهمية - وهو الحفاظ على مادتها الوراثية، لعشرة آلاف جيل من الآن. وهذا يعني إيجاد طريقة للقيام بما تفعله دون تدمير البيئة التي سترعى نسلها. هذا هو التحدي التصميمي الأكبر. لحسن الحظ، هناك ملايين وملايين من العباقرة المستعدين لإهدائنا أفضل أفكارهم. حظًا سعيدًا في حوار معهم.

20:03شكرا لك.

20:04(تصفيق)

20:18كريس أندرسون: الحديث عن المداعبة، أنا -- نحن بحاجة إلى الوصول إلى 12، ولكن بسرعة كبيرة.

٢٠:٢٢جانين بينيوس: حقًا؟ ك. أ.: أجل. تمامًا مثل النسخة التي مدتها ١٠ ثوانٍ من ١٠ و١١ و١٢. لأن شرائحك رائعة جدًا، والأفكار غنية، لا أستطيع أن أسمح لك بالذهاب دون رؤية ١٠ و١١ و١٢.

٢٠:٣٣JB: حسنًا، ضع هذا... حسنًا، سأمسك هذا الشيء. حسنًا، رائع. حسنًا، هذا هو الجزء العلاجي. الاستشعار والاستجابة: التغذية الراجعة أمرٌ بالغ الأهمية. هذا جراد. قد يكون هناك ٨٠ مليون منها في كيلومتر مربع واحد، ومع ذلك لا تصطدم ببعضها البعض. ومع ذلك، لدينا ٣٫٦ مليون حادث تصادم سيارات سنويًا. (ضحك) صحيح. هناك شخص في نيوكاسل اكتشف أنها خلية عصبية كبيرة جدًا. وهي في الواقع تعمل على إيجاد طريقة لإنشاء دائرة لتجنب الاصطدام بناءً على هذه الخلية العصبية الكبيرة جدًا في الجراد.

٢١:١٣ هذا أمرٌ ضخمٌ ومهم، رقم ١١. وهو زيادة الخصوبة. هذا يعني، كما تعلمون، زراعة الخصوبة الصافية. يجب أن نزيد الخصوبة. وبالفعل، نحصل على الغذاء أيضًا. لأنه يتعين علينا تنمية قدرة هذا الكوكب على خلق المزيد والمزيد من فرص الحياة. وفي الواقع، هذا ما تفعله الكائنات الحية الأخرى أيضًا. في المجمل، هذا ما تفعله النظم البيئية بأكملها: إنها تخلق المزيد والمزيد من فرص الحياة. لقد فعلت زراعتنا العكس. لذا، فإن الزراعة القائمة على كيفية بناء البراري للتربة، وتربية الماشية القائمة على كيفية قيام قطيع من ذوات الحوافر المحلية بزيادة صحة المراعي، وحتى معالجة مياه الصرف الصحي القائمة على كيفية قيام المستنقعات ليس فقط بتنظيف المياه، بل أيضًا بإنتاجية فائقة.

٢٢:٠٥ هذا هو موجز التصميم البسيط. أعني، يبدو بسيطًا لأن النظام، على مدى ٣.٨ مليار سنة، قد توصل إلى ذلك. أي أن تلك الكائنات التي لم تتمكن من معرفة كيفية تحسين أو تحسين بيئاتها، ليست موجودة لتخبرنا بذلك. هذا هو السبب الثاني عشر. الحياة - وهذه هي الحيلة السرية، هذه هي الحيلة السحرية - تخلق الحياة ظروفًا مواتية للحياة. إنها تبني التربة، وتنظف الهواء، وتنظف الماء، وتمزج مزيج الغازات الذي نحتاجه أنا وأنت للعيش. وهي تفعل ذلك في خضمّ المداعبة الرائعة وتلبية احتياجاتها. لذا، فالأمران ليسا متنافيين. علينا أن نجد طريقة لتلبية احتياجاتنا، بينما نجعل من هذا المكان جنة عدن.

23:05: جانين، شكرًا جزيلاً لكِ. (تصفيق)