Überraschende Lektionen Von Den Ingenieuren Der Natur

Es ist aufregend, hier auf einer Konferenz zu sein, die sich dem Thema „Inspiriert von der Natur“ widmet – Sie können es sich vorstellen. Und ich freue mich auch sehr, im Abschnitt „Vorspiel“ dabei zu sein. Ist Ihnen aufgefallen, dass dieser Abschnitt „Vorspiel“ heißt? Denn ich kann über eines meiner Lieblingstiere sprechen, den Haubentaucher. Wer diese Tiere nicht bei ihrem Balztanz gesehen hat, hat es nicht erlebt. Ich war auf dem Bowman Lake im Glacier-Nationalpark, einem langen, schmalen See mit Bergen, die auf dem Kopf stehen. Mein Partner und ich haben ein Ruderboot. Wir ruderten, und einer dieser Haubentaucher kam vorbei. Und bei ihrem Balztanz schwimmen sie zusammen, die beiden Partner, und beginnen unter Wasser zu schwimmen. Sie paddeln immer schneller, bis sie so schnell sind, dass sie buchstäblich aus dem Wasser ragen und aufrecht stehen und sozusagen auf der Wasseroberfläche paddeln. Und während wir ruderten, kam einer dieser Haubentaucher vorbei. Wir sitzen also in einem Schädel und bewegen uns rasend schnell. Und dieser Haubentaucher, glaube ich, hielt uns für einen potenziellen Partner und begann, neben uns am Wasser entlangzulaufen, in einem Balztanz – kilometerweit. Er blieb stehen, dann ging es wieder los, dann blieb er stehen und dann ging es wieder los. Das ist Vorspiel. (Gelächter)

1:46 Ich war in diesem Moment so nah dran, die Art zu verändern. Natürlich kann uns das Leben im Unterhaltungsbereich etwas beibringen. Das Leben hat uns viel zu lehren. Aber heute möchte ich darüber sprechen, was uns das Leben in Technologie und Design lehren könnte. Was ist seit dem Erscheinen des Buches passiert – das Buch befasste sich hauptsächlich mit der Forschung zur Biomimetik – und seitdem haben Architekten, Designer, Ingenieure – Menschen, die unsere Welt gestalten – angefangen anzurufen und zu sagen: Wir brauchen einen Biologen am Entwurfstisch, der uns in Echtzeit inspiriert. Oder – und das ist für mich der spannende Teil – wir möchten, dass Sie uns in die Natur mitnehmen. Wir kommen mit einer Design-Herausforderung und finden die besten Adaptoren in der Natur, die uns inspirieren könnten.

2:40 Dies ist ein Bild von einer Galapagos-Reise, die wir mit einigen Abwassertechnikern unternommen haben. Sie reinigen Abwasser. Einige von ihnen sträubten sich tatsächlich sehr dagegen, dort zu sein. Zuerst sagten sie uns, wir betreiben doch bereits Biomimetik. Wir verwenden Bakterien, um unser Wasser zu reinigen. Und wir meinten, das sei nicht gerade von der Natur inspiriert. Das sei Bioprozesstechnik, wissen Sie; das sei biogestützte Technologie: Die Verwendung eines Organismus zur Abwasserbehandlung ist eine uralte Technologie namens „Domestizierung“. Dabei lernt man etwas, man lernt eine Idee von einem Organismus und wendet sie dann an. Aber sie verstanden es immer noch nicht.

3:27 Also machten wir einen Strandspaziergang und ich sagte: „Nun, nennen Sie mir eines Ihrer großen Probleme. Nennen Sie mir eine Design-Herausforderung, ein Hindernis für die Nachhaltigkeit, das Sie davon abhält, nachhaltig zu sein.“ Sie meinten: „Scaling“, also die Ablagerung von Mineralien in den Rohren. Und sie sagten: „Sie wissen, was passiert: Mineralien lagern sich ab – genau wie bei Ihnen zu Hause. Dann schließt sich die Öffnung und wir müssen die Rohre mit Giftstoffen spülen oder sie ausgraben.“ Also, wenn wir diese Ablagerung irgendwie stoppen könnten – und so sammelte ich ein paar Muscheln am Strand auf. Und ich fragte sie: „Was ist Scaling? Was ist in Ihren Rohren?“ Und sie sagten: „Kalziumkarbonat.“ Und ich sagte: „Das ist es; das ist Kalziumkarbonat.“

4:09Und das wussten sie nicht. Sie wussten nicht, dass eine Muschel aus Proteinen besteht, die dann durch Ionen aus dem Meerwasser kristallisieren und eine Schale bilden. Derselbe Prozess, nur ohne Proteine, findet also in ihren Rohren statt. Sie wussten es nicht. Es lag nicht an mangelnder Information, sondern an mangelnder Integration. Es ist ein Silo, Menschen in Silos. Sie wussten nicht, dass genau das Gleiche passierte. Also dachte einer von ihnen darüber nach und sagte: Okay, wenn das einfach nur Kristallisation ist, die automatisch aus Meerwasser entsteht – Selbstorganisation – warum sind Muscheln dann nicht unendlich groß? Was stoppt die Skalierung? Warum wachsen sie nicht einfach weiter? Und ich sagte: So wie sie ein Protein ausscheiden und die Kristallisation starten – und dann haben sie sich alle eingemischt – geben sie ein Protein frei, das die Kristallisation stoppt. Es haftet buchstäblich an der wachsenden Oberfläche des Kristalls. Und tatsächlich gibt es ein Produkt namens TPA, das dieses Protein – dieses Stopp-Protein – nachahmt und eine umweltfreundliche Methode darstellt, um Ablagerungen in Rohren zu verhindern.

5:26 Das änderte alles. Von da an waren diese Ingenieure nicht mehr ins Boot zu bekommen. Am ersten Tag machten sie eine Wanderung, und es machte klick, klick, klick, klick. Fünf Minuten später waren sie wieder im Boot. Wir sind fertig. Wissen Sie, ich habe diese Insel gesehen. Danach krochen sie überall herum. Sie schnorchelten, so lange wir sie schnorcheln ließen. Ihnen war klar geworden, dass es da draußen Organismen gab, die die Probleme, an deren Lösung sie ihr ganzes Leben lang gearbeitet hatten, bereits gelöst hatten.

6:05 Die Natur kennenzulernen ist eine Sache; von ihr zu lernen – das ist der entscheidende Wechsel. Das ist der tiefgreifende Wechsel. Sie erkannten, dass die Antworten auf ihre Fragen überall zu finden sind; sie mussten nur ihre Sichtweise auf die Welt ändern. 3,8 Milliarden Jahre Feldversuche. 10 bis 30 – Craig Venter wird es Ihnen wahrscheinlich sagen; ich denke, es gibt weit mehr als 30 Millionen – gut angepasste Lösungen. Wichtig ist mir, dass diese Lösungen im Kontext gelöst werden. Und der Kontext ist die Erde – derselbe Kontext, in dem wir versuchen, unsere Probleme zu lösen. Es geht also um die bewusste Nachahmung der Genialität des Lebens. Es ist keine sklavische Nachahmung – obwohl Al versucht, die Frisur zu stylen – es ist keine sklavische Nachahmung; es geht darum, die Designprinzipien, die Genialität der Natur, zu übernehmen und daraus zu lernen.

7:07 In einer Gruppe mit so vielen IT-Leuten muss ich erwähnen, worüber ich nicht sprechen werde: Ihr Fachgebiet hat enorm viel von Lebewesen gelernt, was die Software betrifft. Es gibt Computer, die sich selbst schützen, wie ein Immunsystem, und wir lernen von Genregulation und biologischer Entwicklung. Und wir lernen von neuronalen Netzen, genetischen Algorithmen und evolutionärem Computing. Das betrifft die Software. Interessant ist für mich aber, dass wir uns damit noch nicht so intensiv beschäftigt haben. Ich meine, diese Maschinen sind meiner Meinung nach nicht gerade Hightech, zumal es im Wasser des Silicon Valley Dutzende von Karzinogenen gibt. Die Hardware ist also überhaupt nicht auf dem Niveau dessen, was man im Leben als Erfolg bezeichnen würde. Was können wir also über die Herstellung lernen – nicht nur von Computern, sondern von allem? Von dem Flugzeug, mit dem Sie reisen, von Autos, von den Sitzen, auf denen Sie sitzen. Wie gestalten wir die Welt, die wir erschaffen, die von Menschen geschaffene Welt, neu? Und was noch wichtiger ist: Welche Fragen sollten wir uns in den nächsten zehn Jahren stellen? Und es gibt da draußen viele coole Technologien, die das Leben bereithält.

8:25Was steht auf dem Lehrplan? Drei Fragen sind für mich entscheidend. Wie erschafft das Leben Dinge? Genau das Gegenteil; so erschaffen wir Dinge. Es heißt „Erhitzen, schlagen und behandeln“ – so nennen es Materialwissenschaftler. Dabei wird das Material von oben nach unten abgetragen, wobei 96 Prozent Abfall und nur 4 Prozent Produkt übrig bleiben. Man erhitzt es, man schlägt es unter hohem Druck, man verwendet Chemikalien. Okay. Erhitzen, schlagen und behandeln.

8:53 Das Leben kann sich das nicht leisten. Wie erschafft es Dinge? Wie holt es das Beste aus Dingen heraus? Das ist Geranienpollen. Und seine Form ermöglicht es ihm, so leicht durch die Luft zu wirbeln. Sehen Sie sich diese Form an. Leben fügt Materie Informationen hinzu. Mit anderen Worten: Struktur. Es gibt ihr Informationen. Indem es Materie Informationen hinzufügt, verleiht es ihr eine andere Funktion als ohne diese Struktur. Und drittens: Wie lässt Leben Dinge in Systemen verschwinden? Denn Leben hat nicht wirklich mit Dingen zu tun; es gibt in der Natur keine Dinge, die von ihren Systemen getrennt sind. Ein wirklich kurzer Überblick. Je mehr ich lese und die Geschichte verfolge, desto erstaunlicher werden die Biowissenschaften. Gleichzeitig höre ich mir viele Unternehmen an und finde heraus, was ihre großen Herausforderungen sind. Die beiden Gruppen sprechen nicht miteinander. Überhaupt nicht.

10:11Was in aller Welt der Biologie könnte uns an diesem Punkt helfen, dieses evolutionäre Astloch, in dem wir uns befinden, zu überwinden? Ich werde versuchen, Punkt 12 ganz schnell durchzugehen.

10:23 Ein spannendes Thema für mich ist die Selbstassemblierung. Sie haben ja schon davon im Zusammenhang mit Nanotechnologie gehört. Zurück zur Schale: Die Schale ist ein selbstassemblierendes Material. Unten links ist Perlmutt abgebildet, das sich aus Meerwasser bildet. Es ist eine Schichtstruktur aus Mineral und Polymer, die es sehr, sehr widerstandsfähig macht. Es ist doppelt so widerstandsfähig wie unsere Hightech-Keramik. Aber was wirklich interessant ist: Anders als unsere Keramik, die in Brennöfen gelagert wird, geschieht dies im Meerwasser. Es geschieht in der Nähe des Organismus. Das sind die Sandia National Labs. Ein Forscher namens Jeff Brinker hat einen Weg gefunden, einen selbstassemblierenden Codierungsprozess zu ermöglichen. Stellen Sie sich vor, Sie könnten Keramik bei Raumtemperatur herstellen, indem Sie einfach etwas in eine Flüssigkeit tauchen, es herausheben und die Verdunstung die Moleküle in der Flüssigkeit zusammenpresst, sodass sie sich wie Puzzleteile zusammenfügen, ähnlich wie bei der Kristallisation. Stellen Sie sich vor, Sie könnten alle unsere Hartstoffe auf diese Weise herstellen. Stellen Sie sich vor, Sie sprühen die Vorläufer einer PV-Zelle, einer Solarzelle, auf ein Dach und lassen sie sich selbst zu einer Schichtstruktur zusammensetzen, die Licht einfängt.

11:43 Hier ist ein interessantes Beispiel für die IT-Welt: Bio-Silizium. Das ist eine Kieselalge, die aus Silikaten besteht. Silizium, das wir heute herstellen – es ist Teil unseres krebserregenden Problems bei der Herstellung unserer Chips – ist ein Biomineralisationsprozess, der jetzt nachgeahmt wird. Das ist an der UC Santa Barbara. Sehen Sie sich diese Kieselalgen an. Sie stammen aus der Arbeit von Ernst Haeckel. Stellen Sie sich vor, Sie könnten – und es ist ein vorlagenbasierter Prozess, der aus einem flüssigen Prozess erstarrt – eine solche Struktur bei Raumtemperatur erzeugen. Stellen Sie sich vor, Sie könnten perfekte Linsen herstellen. Links sehen Sie einen Schlangenstern; er ist mit Linsen bedeckt, die, wie die Leute von Lucent Technologies herausgefunden haben, keinerlei Verzerrung aufweisen. Es ist eine der verzerrungsfreiesten Linsen, die wir kennen. Und es gibt viele davon, über den gesamten Körper verteilt. Interessant ist auch, dass er sich selbst zusammensetzt. Joanna Aizenberg von Lucent erlernt derzeit die Herstellung solcher Linsen in einem Niedertemperaturverfahren. Sie beschäftigt sich außerdem mit Glasfasern. Das ist ein Meeresschwamm mit Glasfasern. Ganz unten an seiner Basis befinden sich Glasfasern, die Licht besser transportieren als unsere. Man kann sie aber verknoten; sie sind unglaublich flexibel.

13:13 Hier ist eine weitere großartige Idee: CO2 als Rohstoff. Ein Forscher namens Geoff Coates von der Cornell University sagte sich: Pflanzen betrachten CO2 nicht als das größte Gift unserer Zeit. Wir sehen das anders. Pflanzen sind damit beschäftigt, lange Ketten aus Stärke und Glukose aus CO2 herzustellen. Er hat einen Weg gefunden – einen Katalysator – und einen Weg, CO2 zu Polycarbonaten zu verarbeiten. Biologisch abbaubare Kunststoffe aus CO2 – wie pflanzenähnlich.

13:42 Solare Transformationen: Das Spannendste daran. Forscher an der ASU imitieren die Energiegewinnungsanlage im Purpurbakterium. Noch interessanter ist, dass man in den letzten Wochen ein Enzym namens Hydrogenase entdeckt hat, das Wasserstoff aus Protonen und Elektronen gewinnen und aufnehmen kann – im Grunde dasselbe, was in Brennstoffzellen, in der Anode und in reversiblen Brennstoffzellen passiert. In unseren Brennstoffzellen verwenden wir Platin; in der Natur wird Eisen verwendet. Und einem Team ist es nun gelungen, diese Wasserstoff-Jonglier-Hydrogenase nachzubilden. Das ist für Brennstoffzellen sehr spannend – das ohne Platin zu schaffen.

14:33 Die Kraft der Form: Hier ist ein Wal. Wir haben gesehen, dass die Flossen dieses Wals Tuberkel haben. Und diese kleinen Beulen erhöhen die Effizienz, zum Beispiel an der Kante eines Flugzeugs – um etwa 32 Prozent. Das ist eine erstaunliche Einsparung an fossilen Brennstoffen, wenn wir das nur auf die Kante einer Tragfläche übertragen würden. Farbe ohne Pigmente: Dieser Pfau erzeugt Farbe mit Form. Licht dringt durch und wird von den Schichten reflektiert; das nennt man Dünnschichtinterferenz. Stellen Sie sich vor, Sie könnten Produkte selbst zusammensetzen, wobei die letzten Schichten mit Licht spielen und Farbe erzeugen. Stellen Sie sich vor, Sie könnten eine Form auf der Außenseite einer Oberfläche erzeugen, sodass sie sich nur mit Wasser selbst reinigt. Genau das macht ein Blatt. Sehen Sie das Nahaufnahmebild? Das ist eine Wasserkugel, und das sind Schmutzpartikel. Und das ist ein Nahaufnahmebild eines Lotusblattes. Es gibt eine Firma, die ein Produkt namens Lotusan herstellt, das beim Trocknen der Fassadenfarbe eines Gebäudes die Unebenheiten eines selbstreinigenden Blattes nachahmt und das Gebäude durch Regenwasser reinigt.

15:47Wasser wird unsere große Herausforderung sein: den Durst zu stillen. Hier sind zwei Organismen, die Wasser gewinnen. Der linke ist der Namibische Käfer, der Wasser aus Nebel zieht. Der rechte ist eine Kellerassel – sie zieht Wasser aus der Luft, trinkt aber kein Süßwasser. Wasser aus dem Nebel von Monterey und aus der stickigen Luft von Atlanta zu ziehen, bevor es in Gebäude eindringt, sind Schlüsseltechnologien.

16:19 Trenntechnologien werden extrem wichtig. Was wäre, wenn wir beispielsweise auf den Abbau von Hartgestein verzichten würden? Was wäre, wenn wir Metalle aus Abfallströmen, kleine Mengen Metalle im Wasser, trennen könnten? Genau das tun Mikroben: Sie chelatisieren Metalle aus Wasser. Hier in San Francisco gibt es ein Unternehmen namens MR3, das Nachahmungen der Mikrobenmoleküle in Filter einbettet, um Abfallströme zu gewinnen. Grüne Chemie ist Chemie im Wasser. Wir betreiben Chemie in organischen Lösungsmitteln. Dies ist ein Bild von den Spinndrüsen einer Spinne und der daraus entstehenden Spinnenseide. Ist das nicht wunderschön? Grüne Chemie ersetzt unsere industrielle Chemie durch das Rezeptbuch der Natur. Das ist nicht einfach, denn das Leben nutzt nur einen Teil der Elemente des Periodensystems. Und wir nutzen sie alle, selbst die giftigen. Die Aufgabe der Grünen Chemie besteht darin, elegante Rezepte zu entwickeln, die diese kleine Teilmenge des Periodensystems nutzen und Wundermaterialien wie diese Zelle schaffen.

17:38Zeitgesteuerter Abbau: Eine Verpackung, die so lange gut ist, bis man sie nicht mehr braucht, und sich dann auf Knopfdruck auflöst. Das ist zum Beispiel eine Muschel, die man hier draußen in den Gewässern findet, und die Fäden, die sie an einem Felsen festhalten, sind zeitlich begrenzt; nach genau zwei Jahren beginnen sie sich aufzulösen.

17:55Healing: Das ist eine gute Idee. Der kleine Kerl da drüben ist ein Bärtierchen. Weltweit gibt es das Problem, dass Impfstoffe nicht zu den Patienten gelangen. Der Grund dafür ist, dass die Kühlung unterbrochen wird; die sogenannte Kühlkette wird unterbrochen. Bruce Rosner untersuchte das Bärtierchen – es trocknet zwar vollständig aus, bleibt aber dennoch monatelang am Leben und kann sich regenerieren. Er fand eine Methode, Impfstoffe zu trocknen – indem er sie in die gleichen Zuckerkapseln einhüllte, die auch das Bärtierchen in seinen Zellen hat. Das bedeutet, dass Impfstoffe nicht mehr gekühlt werden müssen. Sie können ins Handschuhfach gelegt werden. Lernen von Organismen. In dieser Sitzung geht es um Wasser – wir lernen etwas über Organismen, die ohne Wasser auskommen, um einen Impfstoff zu entwickeln, der auch ohne Kühlung lange hält.

19:02 Ich werde nicht bis 12 gehen. Aber ich möchte Ihnen sagen, dass das Wichtigste neben all diesen Anpassungen die Tatsache ist, dass diese Organismen einen Weg gefunden haben, ihre erstaunlichen Leistungen zu vollbringen und gleichzeitig den Ort zu schützen, der für ihren Nachwuchs sorgt. Beim Vorspiel denken sie an etwas sehr, sehr Wichtiges – nämlich daran, dass ihr genetisches Material auch in 10.000 Generationen erhalten bleibt. Und das bedeutet, einen Weg zu finden, das zu tun, was sie tun, ohne den Ort zu zerstören, der für ihren Nachwuchs sorgt. Das ist die größte Herausforderung für das Design. Zum Glück gibt es Millionen und Abermillionen von Genies, die uns mit ihren besten Ideen beschenken. Viel Erfolg beim Gespräch mit ihnen.

20:03Danke.

20:04 (Applaus)

20:18Chris Anderson: Apropos Vorspiel, ich – wir müssen bis 12 kommen, aber wirklich schnell.

20:22 Janine Benyus: Ach, wirklich? CA: Ja. Genau wie die 10-Sekunden-Version von 10, 11 und 12. Ihre Folien sind einfach so toll und die Ideen so vielversprechend, dass ich Ihnen die Folien 10, 11 und 12 einfach nicht zeigen kann.

20:33JB: Okay, ich halte das Ding einfach mal fest. Okay, super. Okay, das ist also die Heilungsfrage. Wahrnehmen und Reagieren: Feedback ist eine gewaltige Sache. Das ist eine Heuschrecke. Es können 80 Millionen davon auf einem Quadratkilometer sein, und trotzdem kollidieren sie nicht miteinander. Und trotzdem haben wir jährlich 3,6 Millionen Autounfälle. (Gelächter) Stimmt. Eine Forscherin in Newcastle hat herausgefunden, dass es sich um ein sehr großes Neuron handelt. Und sie arbeitet gerade daran, eine Schaltung zur Kollisionsvermeidung basierend auf diesem sehr großen Neuron in der Heuschrecke zu entwickeln.

21:13 Das ist ein riesiger und wichtiger Punkt, Nummer 11. Und zwar die wachsende Fruchtbarkeit. Das bedeutet, wissen Sie, Nettofruchtbarkeit in der Landwirtschaft. Wir sollten die Fruchtbarkeit steigern. Und, oh ja – wir bekommen auch Nahrung. Denn wir müssen die Kapazität dieses Planeten ausbauen, um immer mehr Lebensmöglichkeiten zu schaffen. Und genau das tun auch andere Organismen. Im Zusammenspiel bewirken ganze Ökosysteme das: Sie schaffen immer mehr Lebensmöglichkeiten. Unsere Landwirtschaft hat das Gegenteil bewirkt. Landwirtschaft, die darauf basiert, wie eine Prärie den Boden aufbaut; Viehzucht, die darauf basiert, wie eine einheimische Huftierherde die Gesundheit der Weiden verbessert; sogar Abwasserreinigung, die darauf basiert, wie ein Sumpf nicht nur das Wasser reinigt, sondern auch eine unglaublich sprudelnde Produktivität schafft.

22:05 Das ist die einfache Designvorgabe. Es sieht einfach aus, weil das System es über 3,8 Milliarden Jahre hinweg entwickelt hat. Das heißt, die Organismen, die nicht herausgefunden haben, wie sie ihre Orte verbessern oder verschönern können, sind nicht mehr da, um uns davon zu erzählen. Das ist der zwölfte Punkt. Leben – und das ist der geheime Trick, das ist der Zaubertrick – schafft lebensfördernde Bedingungen. Es baut Boden auf, reinigt Luft, reinigt Wasser und mischt den Gascocktail, den Sie und ich zum Leben brauchen. Und das tut es, während es ein großartiges Vorspiel bietet und gleichzeitig seine Bedürfnisse befriedigt. Das schließt sich also nicht gegenseitig aus. Wir müssen einen Weg finden, unsere Bedürfnisse zu befriedigen und gleichzeitig diesen Ort zu einem Paradies zu machen.

23:05CA: Janine, vielen Dank. (Applaus)