Изненадващи уроци от инженерите на природата

Вълнуващо е да бъда тук на конференция, посветена на „Вдъхновени от природата“ – можете да си представите. И аз също съм развълнувана да бъда в раздела за любовната игра. Забелязахте ли, че този раздел е любовна игра? Защото мога да говоря за едно от любимите ми същества, което е гмурецът. Не сте живели, докато не сте видели тези момчета да изпълняват своя ухажващ танц. Бях на езерото Боуман в Националния парк Глетчер, което е дълго, слабо езеро с нещо като планини, обърнати с главата надолу, и моят партньор и аз имаме черупка за гребане. И така ние гребяхме и един от тези западни гмурци дойде. И това, което правят за своя ухажващ танц е, че отиват заедно, двамата, двамата партньори, и започват да тичат под водата. Те гребят все по-бързо, и по-бързо, и по-бързо, докато не се движат толкова бързо, че буквално се издигат от водата и стоят изправени, нещо като гребане на върха на водата. И един от тези гмурци дойде, докато гребяхме. И така ние сме в един череп и се движим много, много бързо. И този гмурец, мисля, някак си ни сбърка с перспектива и започна да тича по водата до нас, в ухажващ танц -- в продължение на мили. Щеше да спре, после да започне, после да спре и след това да започне. Сега това е любовната игра. (Смях)

1:46 Бях толкова близо до промяната на вида в този момент. Очевидно животът може да ни научи на нещо в раздела за развлечения. Животът има на какво да ни научи. Но това, за което бих искал да говоря днес, е какво може да ни научи животът в технологиите и дизайна. Какво се случи след излизането на книгата -- книгата беше основно за изследване на биомимикрията -- и това, което се случи оттогава е, че архитекти, дизайнери, инженери -- хора, които създават нашия свят -- започнаха да се обаждат и да казват, искаме биолог да седне на масата за проектиране, за да ни помогне, в реално време, да се вдъхновим. Или -- и това е забавната част за мен -- искаме да ни заведете в естествения свят. Ще дойдем с дизайнерско предизвикателство и ще намерим шампионските адаптери в естествения свят, които може да ни вдъхновят.

2:40 И така, това е снимка от пътуване до Галапагос, което направихме с някои инженери по пречистване на отпадъчни води; те пречистват отпадъчните води. И някои от тях всъщност бяха много устойчиви да бъдат там. Първоначално ни казаха, че вече правим биомимикрия. Ние използваме бактерии, за да пречистим водата си. И казахме, добре, това не е точно вдъхновение от природата. Това е биообработка, нали знаете; това е био-асистирана технология: използването на организъм за пречистване на отпадъчни води е стара, стара технология, наречена "опитомяване". Това е да научите нещо, да научите идея от организъм и след това да я приложите. И така те все още не го разбираха.

3:27 И така, отидохме на разходка по плажа и аз казах, добре, дай ми един от големите си проблеми. Дайте ми дизайнерско предизвикателство, висока скорост на устойчивост, това ви пречи да бъдете устойчиви. И казаха котлен камък, което е натрупването на минерали вътре в тръбите. И те казаха, че знаете какво се случва, минералът -- точно както в къщата ви -- минералът се натрупва. И тогава отворът се затваря и ние трябва да промием тръбите с токсини или трябва да ги изкопаем. Така че, ако имахме някакъв начин да спрем това мащабиране -- и така взех няколко черупки на плажа. И ги попитах какво е мащабиране? Какво има вътре във вашите тръби? И те казаха, калциев карбонат. И аз казах, това е това; това е калциев карбонат.

4:09 И те не знаеха това. Те не знаеха, че това, което е мида, е шаблонно от протеини и след това йони от морската вода кристализират на място, за да създадат черупка. Така че същият вид процес, без протеините, се случва от вътрешната страна на техните тръби. Те не знаеха. Това не е поради липса на информация; това е липса на интеграция. Знаеш ли, това е силоз, хора в силози. Те не знаеха, че се случва същото. Така че един от тях се замисли и каза: Добре, добре, ако това е просто кристализация, която се случва автоматично от морска вода - самосглобяване - тогава защо черупките нямат безкраен размер? Какво спира мащабирането? Защо просто не продължат? И аз казах, добре, по същия начин, по който отделят протеин и той започва кристализацията -- и след това всички някак се навеждат -- пускат протеин, който спира кристализацията. Той буквално прилепва към растящото лице на кристала. И всъщност има продукт, наречен TPA, който имитира този протеин -- този стоп-протеин -- и това е екологичен начин да се спре образуването на котлен камък в тръбите.

5:26 Това промени всичко. Оттогава нататък не можете да върнете тези инженери в лодката. Първият ден те щяха да тръгнат на поход и беше, щракане, щракане, щракане, щракане. Пет минути по-късно се върнаха в лодката. Готови сме. Знаеш ли, виждал съм този остров. След това те пълзяха навсякъде. Те ще се гмуркат с шнорхел толкова дълго, колкото им позволяваме да се гмуркат с шнорхел. Това, което се случи, беше, че те разбраха, че навън има организми, които вече са разрешили проблемите, които са прекарали кариерата си в опити да разрешат.

6:05 Научаването за естествения свят е едно нещо; учене от естествения свят -- това е превключвателят. Това е дълбокият превключвател. Това, което осъзнаха, беше, че отговорите на техните въпроси са навсякъде; те просто трябваше да сменят лещите, с които виждаха света. 3,8 милиарда години полеви тестове. 10 до 30 -- Крейг Вентър вероятно ще ви каже; Мисля, че има много повече от 30 милиона -- добре адаптирани решения. Важното за мен е, че това са решения, решени в контекст. И контекстът е Земята -- същият контекст, в който се опитваме да разрешим проблемите си. Така че това е съзнателно подражание на гения на живота. Не е робско имитиране -- въпреки че Ал се опитва да накара прическата да върви -- това не е робска мимикрия; това е да се вземат принципите на дизайна, гения на естествения свят и да се научи нещо от него.

7:07 Сега, в група с толкова много ИТ хора, трябва да спомена това, за което няма да говоря, а това е, че вашата област е тази, която е научила огромно количество от живите същества, от страна на софтуера. Така че има компютри, които се защитават сами, като имунна система, и ние се учим от генната регулация и биологичното развитие. И ние се учим от невронни мрежи, генетични алгоритми, еволюционни изчисления. Това е от страна на софтуера. Но това, което е интересно за мен е, че не сме разглеждали това толкова много. Искам да кажа, че тези машини наистина не са много високотехнологични според моята преценка в смисъл, че има десетки и десетки канцерогени във водата в Силициевата долина. Така че хардуерът изобщо не е на ниво от гледна точка на това, което животът би нарекъл успех. И така, какво можем да научим за създаването - не само на компютри, но на всичко? Самолетът, с който сте дошли, колите, седалките, на които седите. Как да препроектираме света, който създаваме, света, създаден от хората? По-важното е какво трябва да поискаме през следващите 10 години? И има много страхотни технологии, с които разполага животът.

8:25 Каква е учебната програма? Три въпроса за мен са ключови. Как животът създава нещата? Това е обратното; така правим нещата. Нарича се heat, beat and treat -- така го наричат ​​учените по материали. И издълбава нещата отгоре, като остават 96 процента отпадъци и само 4 процента продукт. Загрявате го; биете го с високи налягания; използвате химикали. добре Загрейте, разбийте и лекувайте.

8:53 Животът не може да си позволи това. Как животът създава нещата? Как животът се възползва максимално от нещата? Това е цветен прашец от здравец. И неговата форма е това, което му дава функцията да може да се преобръща във въздуха толкова лесно. Вижте тази форма. Животът добавя информация към материята. С други думи: структура. Дава му информация. Като добавя информация към материята, тя й придава функция, която е различна от тази без тази структура. И трето, как животът кара нещата да изчезват в системи? Защото животът всъщност не се занимава с нещата; няма неща в естествения свят, отделени от техните системи. Наистина бърза учебна програма. Тъй като сега чета все повече и повече и следя историята, има някои невероятни неща, които се появяват в биологичните науки. И в същото време слушам много фирми и откривам какви са техните големи предизвикателства. Двете групи не си говорят. Изобщо.

10:11 Какво в света на биологията може да бъде полезно в този момент, за да ни преведе през този вид еволюционна дупка, в която се намираме? Ще се опитам да премина през 12, много бързо.

10:23 Едно, което е вълнуващо за мен, е самосглобяването. Вече сте чували за това по отношение на нанотехнологиите. Обратно към черупката: черупката е самосглобяващ се материал. В долния ляв ъгъл има изображение на седеф, образуващ се от морска вода. Това е слоеста структура, която е минерална и след това полимерна, и това я прави много, много здрава. Той е два пъти по-здрав от нашата високотехнологична керамика. Но това, което е наистина интересно: за разлика от нашата керамика, която е в пещи, това се случва в морска вода. Това се случва в близост до тялото на организма. Това е Sandia National Labs. Човек на име Джеф Бринкър е намерил начин да има процес на самосглобяване на код. Представете си, че можете да правите керамика при стайна температура, като просто потопите нещо в течност, повдигнете го от течността и изпарението принуди молекулите в течността да се съединят, така че да се съединят заедно по същия начин, както работи тази кристализация. Представете си, че правим всички наши твърди материали по този начин. Представете си да напръскате предшествениците на фотоволтаична клетка, на слънчева клетка, върху покрив и да я накарате да се сглоби самостоятелно в слоеста структура, която събира светлина.

11:43 Ето един интересен за ИТ света: био-силиций. Това е диатом, който е изграден от силикати. И така, силицийът, който произвеждаме в момента -- това е част от нашия канцерогенен проблем при производството на нашите чипове -- това е процес на биоминерализация, който сега се имитира. Това е в UC Santa Barbara. Вижте тези диатомеи. Това е от работата на Ернст Хекел. Представете си, че можете -- и отново, това е шаблонен процес и той се втвърдява от течен процес -- представете си, че можете да имате такъв вид структура, излизаща при стайна температура. Представете си, че можете да правите перфектни лещи. Отляво това е крехка звезда; покрит е с лещи, за които хората от Lucent Technologies са установили, че нямат никакво изкривяване. Това е един от обективите без изкривявания, които познаваме. И има много от тях, по цялото му тяло. Интересното отново е, че той се сглобява сам. Една жена на име Джоана Айзенберг от Lucent сега се учи да прави това чрез нискотемпературен процес, за да създаде този вид лещи. Тя също разглежда оптични влакна. Това е морска гъба, която има оптично влакно. Долу в самата му основа има оптични влакна, които всъщност работят по-добре от нашите, за да преместват светлината, но можете да ги завържете на възел; те са невероятно гъвкави.

13:13 Ето още една голяма идея: CO2 като суровина. Човек на име Джеф Коутс от Корнел си каза, че растенията не виждат CO2 като най-голямата отрова на нашето време. Ние го виждаме по този начин. Растенията са заети да произвеждат дълги вериги от нишесте и глюкоза, нали, от CO2. Той е намерил начин -- намерил е катализатор -- и е намерил начин да вземе CO2 и да го превърне в поликарбонати. Биоразградими пластмаси от CO2 - колко приличат на растения.

13:42 Слънчеви трансформации: най-вълнуващото. Има хора, които имитират устройството за събиране на енергия вътре в лилавата бактерия, хората от ASU. Още по-интересно е, че напоследък, през последните няколко седмици, хората видяха, че има ензим, наречен хидрогеназа, който е в състояние да отделя водород от протони и електрони и е в състояние да поеме водород - основно това, което се случва в горивна клетка, в анода на горивна клетка и в обратима горивна клетка. В нашите горивни клетки го правим с платина; животът го прави с много, много често срещано желязо. И един екип току-що успя да имитира тази жонглираща с водород хидрогеназа. Това е много вълнуващо за горивните клетки - да могат да правят това без платина.

14:33 Силата на формата: ето един кит. Видяхме, че перките на този кит имат туберкули по тях. И тези малки неравности всъщност повишават ефективността, например, на ръба на самолета - увеличават ефективността с около 32 процента. Което е невероятно спестяване на изкопаеми горива, ако трябваше просто да го сложим на ръба на крилото. Цвят без пигменти: този паун създава цвят с форма. Светлината преминава, отскача обратно от слоевете; това се нарича тънкослойна интерференция. Представете си, че можете сами да сглобявате продукти, като последните няколко слоя играят със светлина, за да създадат цвят. Представете си, че можете да създадете форма от външната страна на повърхността, така че да се самопочиства само с вода. Това прави едно листо. Виждате ли тази снимка отблизо? Това е топка вода, а това са частици мръсотия. И това е снимка отблизо на лотосов лист. Има компания, която произвежда продукт, наречен Lotusan, който имитира -- когато боята на фасадата на сградата изсъхне, тя имитира неравностите в самопочистващи се листа и дъждовната вода почиства сградата.

15:47 Водата ще бъде нашето голямо, огромно предизвикателство: утоляване на жаждата. Ето два организма, които извличат вода. Единият вляво е намибийският бръмбар, който извлича вода от мъгла. Този вдясно е хапче - извлича вода от въздуха, не пие прясна вода. Извличането на вода от мъглата в Монтерей и от потния въздух в Атланта, преди да попадне в сграда, са ключови технологии.

16:19 Технологиите за разделяне ще бъдат изключително важни. Какво ще стане, ако кажем, край на копаене на твърди скали? Какво ще стане, ако трябваше да отделим металите от потоците от отпадъци, малки количества метали във водата? Това правят микробите; те хелатират металите от водата. Тук в Сан Франциско има компания, наречена MR3, която вгражда имитации на молекулите на микробите във филтри, за да добива потоци от отпадъци. Зелената химия е химия във водата. Ние правим химия в органични разтворители. Това е картина на предалките, излизащи от паяк, и коприната, образувана от паяк. Не е ли красиво? Зелената химия заменя нашата индустриална химия с книгата с рецепти на природата. Не е лесно, защото животът използва само част от елементите в периодичната таблица. И използваме всички, дори и токсичните. Задачата на зелената химия е да се разберат елегантните рецепти, които биха взели малкото подмножество от периодичната таблица и биха създали чудодейни материали като тази клетка.

17:38 Разграждане във времето: опаковка, която е добра, докато не пожелаете вече да е добра, и се разтваря по сигнал. Това е мида, която можете да намерите във водите тук, и нишките, които я държат за скала, са измерени; точно на две години те започват да се разтварят.

17:55 Изцеление: това е добро. Онова малко момче там е тардиград. Има проблем с ваксините по света, които не достигат до пациентите. И причината е, че охлаждането по някакъв начин се поврежда; това, което се нарича "студена верига", се прекъсва. Човек на име Брус Рознър погледна тардиграда -- който изсъхва напълно, но въпреки това остава жив месеци и месеци и месеци и може да се регенерира. И той намери начин да изсуши ваксините - да ги затвори в същия вид захарни капсули, каквито има тардиградите в клетките си - което означава, че ваксините вече не трябва да се съхраняват в хладилник. Могат да се сложат в жабката, ОК. Учене от организми. Това е сесия за водата -- изучаване на организми, които могат без вода, за да се създаде ваксина, която издържа и издържа и издържа без охлаждане.

19:02 Няма да стигна до 12. Но това, което ще направя, е да ви кажа, че най-важното нещо, освен всички тези адаптации, е фактът, че тези организми са измислили начин да правят удивителните неща, които правят, докато се грижат за мястото, което ще се грижи за тяхното потомство. Когато са въвлечени в любовната игра, те мислят за нещо много, много важно - и това е генетичният им материал да остане след 10 000 поколения. А това означава да намерят начин да правят това, което правят, без да разрушават мястото, което ще се грижи за тяхното потомство. Това е най-голямото дизайнерско предизвикателство. За щастие има милиони и милиони гении, готови да ни дарят с най-добрите си идеи. Успех в разговора с тях.

20:03 Благодаря ви.

20:04 (Аплодисменти)

20:18 Крис Андерсън: Като говорим за любовната игра, аз -- трябва да стигнем до 12, но много бързо.

20:22 Джанин Бенюс: О, наистина ли? КА: Да. Точно като, нали разбирате, като 10-секундната версия на 10, 11 и 12. Защото ние просто... вашите слайдове са толкова прекрасни и идеите са толкова големи, не мога да понеса да ви оставя да слезете, без да видите 10, 11 и 12.

20:33JB: Добре, сложи това -- Добре, просто ще държа това нещо. Добре, чудесно. Добре, значи това е лечебното. Усещане и реагиране: обратната връзка е огромно нещо. Това е скакалец. Може да има 80 милиона от тях на квадратен километър и въпреки това да не се сблъскват един с друг. И въпреки това имаме 3,6 милиона автомобилни сблъсъци годишно. (Смях) Точно така. Има човек в Нюкасъл, който е разбрал, че това е много голям неврон. И тя всъщност измисля как да направи схема за избягване на сблъсък, базирана на този много голям неврон в скакалеца.

21:13 Това е огромно и важно, номер 11. И това е нарастващата плодовитост. Това означава, разбирате ли, земеделие с нетно плодородие. Трябва да увеличим плодовитостта. И, о, да - получаваме и храна. Защото трябва да увеличим капацитета на тази планета, за да създаваме все повече и повече възможности за живот. И наистина, това правят и другите организми. В съвкупност това е, което правят цели екосистеми: те създават все повече и повече възможности за живот. Нашето земеделие направи обратното. И така, земеделието се основава на това как една прерия изгражда почвата, животновъдството се основава на това как местното стадо копитни животни всъщност подобрява здравето на района, дори пречистването на отпадъчните води въз основа на това как блатото не само почиства водата, но създава невероятно искряща производителност.

22:05 Това е краткото описание на простия дизайн. Искам да кажа, изглежда просто, защото системата, в продължение на 3,8 милиарда години, е разработила това. Тоест тези организми, които не са успели да разберат как да подобрят или подсладят местата си, не са наоколо, за да ни кажат за това. Това е дванадесетият. Живот - и това е тайният трик; това е магическият трик -- животът създава благоприятни условия за живот. Изгражда почвата; почиства въздуха; почиства водата; той смесва коктейла от газове, от които ти и аз се нуждаем, за да живеем. И го прави в средата на страхотна любовна игра и задоволяване на техните нужди. Така че не е взаимно изключващо се. Трябва да намерим начин да задоволим нуждите си, докато превръщаме това място в рай.

23:05CA: Джанин, благодаря ти много. (Аплодисменти)