Üllatavad õppetunnid Looduse Inseneridelt

On põnev olla siin konverentsil, mis on pühendatud teemale "Loodusest inspireeritud" – võite ette kujutada. Ja mul on ka hea meel olla eelmängu rubriigis. Kas märkasite, et see osa on eelmäng? Sest ma saan rääkida ühest oma lemmikloomast, kelleks on lääne-grebe. Sa pole elanud enne, kui oled näinud neid tüüpe oma kurameerimistantsu tantsimas. Olin Bowmani järve ääres Glacieri rahvuspargis, mis on pikk kõhn järv, mille sees on justkui mäed tagurpidi, ning meil ja mu partneril on sõudekarp. Ja nii me siis sõudsime ja üks neist läänetihastest tuli kaasa. Ja mida nad oma kosimistantsuks teevad, on see, et nad lähevad koos, kahekesi, kaks kaaslast ja hakkavad vee all jooksma. Nad aerutavad üha kiiremini ja kiiremini, kuni lähevad nii kiiresti, et tõusevad sõna otseses mõttes veest välja ja seisavad püsti, justkui veepealsel aerutamisel. Ja üks neist grebedest tuli kaasa, kui me sõudsime. Ja nii me oleme koljus ja liigume väga-väga kiiresti. Ja see grebe, ma arvan, pidas meid ekslikult väljavaateks ja hakkas meie kõrval kosimistantsus mööda vett jooksma -- miile. See peatuks ja siis käivituks, siis peatuks ja siis käivituks. Nüüd on see eelmäng. (Naer)

1:46 Jõudsin sel hetkel liigivahetusele nii lähedale. Ilmselgelt võib elu meile meelelahutuse rubriigis midagi õpetada. Elul on meile palju õpetada. Aga millest ma tahaksin täna rääkida, on see, mida elu meile tehnoloogia ja disaini vallas õpetab. Mis on juhtunud pärast raamatu ilmumist – raamat käsitles peamiselt biomimikri uurimist – ja sellest ajast peale on juhtunud arhitektid, disainerid, insenerid – inimesed, kes loovad meie maailma –, on hakanud helistama ja ütlema, et me tahame, et bioloog istuks disainilaua taga, et aidata meil reaalajas inspiratsiooni saada. Või – ja see on minu jaoks lõbus osa – tahame, et viiksite meid loodusesse. Tuleme koos disaini väljakutsega ja leiame loodusmaailmast meisteradapterid, kes võivad meid inspireerida.

2:40See on pilt Galapagose reisilt, mille tegime koos mõne reoveepuhastusinseneriga; nad puhastavad reovett. Ja mõned neist olid tegelikult seal viibimise suhtes väga vastupidavad. Nad ütlesid meile alguses, et me juba teeme biomimikri. Vee puhastamiseks kasutame baktereid. Ja me ütlesime, et see pole just loodusest inspireeritud. See on biotöötlus, teate küll; see on bio-abiga tehnoloogia: organismi kasutamine reovee puhastamiseks on vana, vana tehnoloogia, mida nimetatakse "kodustamiseks". See on millegi õppimine, idee õppimine organismist ja seejärel selle rakendamine. Ja nii nad ikka ei saanud sellest aru.

3:27 Läksime siis randa jalutama ja ma ütlesin, et noh, anna mulle üks oma suur probleem. Esitage mulle disainiväljakutse, jätkusuutlikkuse kiirus, mis ei lase teil olla jätkusuutlik. Ja nad ütlesid, et katlakivi, mis on mineraalide kogunemine torudesse. Ja nad ütlesid, et teate, mis juhtub, on see, et mineraal – täpselt nagu teie majas – koguneb mineraale. Ja siis ava sulgub ja me peame torud toksiinidega loputama või need üles kaevama. Nii et kui meil oleks mingi moodus selle ketenduse peatamiseks – ja nii ma korjasin rannast mõned karbid. Ja ma küsisin neilt, mis on skaleerimine? Mis on teie torude sees? Ja nad ütlesid, et kaltsiumkarbonaat. Ja ma ütlesin: see on see; see on kaltsiumkarbonaat.

4:09 Ja nad ei teadnud seda. Nad ei teadnud, et mis on merekarp, selle kujundavad valgud ja seejärel kristalliseeruvad mereveest pärit ioonid, et luua kest. Nii et samasugune protsess, ilma valkudeta, toimub nende torude sisemuses. Nad ei teadnud. See ei tulene teabe puudumisest; see on integratsiooni puudumine. Teate, see on silohoidla, inimesed silohoidlates. Nad ei teadnud, et sama asi toimub. Nii et üks neist mõtles sellele ja ütles: OK, noh, kui see on lihtsalt kristalliseerumine, mis toimub automaatselt mereveest – iseeneslik kokkupanek –, siis miks ei ole kestad lõpmatu suurusega? Mis peatab skaleerimise? Miks nad lihtsalt ei jätka? Ja ma ütlesin, et noh, samamoodi, et nad eritavad valku ja see käivitab kristalliseerumise – ja siis nad kõik nõjatusid – nad lasevad lahti valgu, mis peatab kristalliseerumise. See sõna otseses mõttes kleepub kristalli kasvavale küljele. Ja tegelikult on olemas toode nimega TPA, mis jäljendab seda valku – seda stop-proteiini – ja see on keskkonnasõbralik viis torude katlakivi tekke peatamiseks.

5:26 See muutis kõike. Edaspidi ei saanud te neid insenere enam paati tagasi saada. Esimesel päeval nad matkasid ja see oli, klõps, klõps, klõps, klõps. Viis minutit hiljem olid nad tagasi paadis. Oleme valmis. Tead, ma olen seda saart näinud. Pärast seda roomasid nad kõikjal. Nad snorgeldasid nii kaua, kui me laseme neil snorgeldada. Juhtus see, et nad mõistsid, et seal on organisme, mis olid juba lahendanud probleemid, mille lahendamisele nad olid oma karjääri kulutanud.

6:05 Loodusmaailma tundmaõppimine on üks asi; loodusmaailmast õppimine – see on lüliti. See on sügav lüliti. Nad mõistsid, et vastused nende küsimustele on kõikjal; neil oli lihtsalt vaja vahetada objektiivid, millega nad maailma nägid. 3,8 miljardit aastat välikatseid. 10 kuni 30 – arvatavasti ütleb sulle Craig Venter; Ma arvan, et hästi kohandatud lahendusi on palju rohkem kui 30 miljonit. Minu jaoks on oluline, et need on kontekstis lahendatud lahendused. Ja kontekst on Maa – seesama kontekst, milles me püüame oma probleeme lahendada. Nii et see on elu geeniuse teadlik jäljendamine. See ei ole orjalik matkimine – kuigi Al üritab soengut käima lükata – see pole orjalik miimika; see on disainipõhimõtete, loodusmaailma geniaalsuse võtmine ja sellest midagi õppimine.

7:07 Nüüd, grupis, kus on nii palju IT-inimesi, pean ma mainima seda, millest ma ei räägi, ja see on see, et teie valdkond on tarkvara poole pealt elusolenditelt tohutult palju õppinud. Seega on arvutid, mis kaitsevad end nagu immuunsüsteem, ja me õpime geeniregulatsioonist ja bioloogilisest arengust. Ja me õpime närvivõrkudest, geneetilistest algoritmidest ja evolutsioonilisest andmetöötlusest. See on tarkvara poolel. Kuid minu jaoks on huvitav see, et me pole seda nii palju vaadanud. Ma mõtlen, et need masinad ei ole minu hinnangul tõesti väga kõrgtehnoloogilised selles mõttes, et Silicon Valley vees on kümneid ja kümneid kantserogeene. Nii et riistvara pole üldse nuusktubakas selles mõttes, mida elu võiks nimetada edukaks. Mida me saame valmistamisest õppida – mitte ainult arvuteid, vaid kõike? Lennuk, millega sa tulid, autod, istmed, millel sa istud. Kuidas kujundada ümber meie loodud maailm, inimeste loodud maailm? Veelgi olulisem on, mida peaksime järgmise 10 aasta jooksul küsima? Ja elus on palju lahedaid tehnoloogiaid.

8:25 Mis on õppekava? Kolm küsimust on minu jaoks võtmetähtsusega. Kuidas elu asju teeb? See on vastupidine; nii me asju teeme. Seda nimetatakse soojendamiseks, peksmiseks ja ravimiseks – nii nimetavad seda materjaliteadlased. Ja see on asjade nikerdamine ülalt alla, 96 protsenti jäätmetest jääb üle ja ainult 4 protsenti tooteid. Sa soojendad seda; sa lööd seda kõrge survega; kasutad kemikaale. OK. Kuumuta, peksa ja ravi.

8:53 Elu ei saa seda endale lubada. Kuidas elu asju teeb? Kuidas elu asjadest maksimumi võtab? See on geraaniumi õietolm. Ja selle kuju annab sellele funktsiooni, et ta suudab nii kergesti läbi õhu kukkuda. Vaata seda kuju. Elu lisab asjale infot. Teisisõnu: struktuur. See annab teavet. Lisades ainele teavet, annab see sellele funktsiooni, mis erineb ilma selle struktuurita. Ja kolmandaks, kuidas elu paneb asjad süsteemidesse kaduma? Sest elu ei tegele tegelikult asjadega; loodusmaailmas pole asju, mis on nende süsteemidest lahutatud. Tõesti kiire õppekava. Kuna ma loen nüüd üha rohkem ja jälgin lugu, on bioloogiateadustes tulemas hämmastavaid asju. Samal ajal kuulan ma paljusid ettevõtteid ja avastan, millised on nende suured väljakutsed. Need kaks rühma ei räägi omavahel. Üldse.

10:11 Millest võiks bioloogiamaailmas praegusel hetkel abi olla, et viia meid läbi sellisest evolutsioonilisest sõlmeaugust, milles oleme? Ma proovin 12 läbida, väga kiiresti.

10:23 Üks, mis minu jaoks on põnev, on ise kokkupanek. Nüüd olete kuulnud sellest nanotehnoloogia osas. Tagasi selle kesta juurde: kest on isekoosnev materjal. All vasakul on pilt mereveest moodustuvast pärlmutrist. See on kihiline struktuur, mis on mineraalne ja seejärel polümeer, ja see muudab selle väga-väga sitkeks. See on kaks korda vastupidavam kui meie kõrgtehnoloogiline keraamika. Aga mis on tegelikult huvitav: erinevalt meie ahjudes olevast keraamikast toimub see merevees. See toimub organismi keha lähedal, kehas ja selle läheduses. See on Sandia National Labs. Poiss nimega Jeff Brinker on leidnud viisi, kuidas kodeerida ise kokku. Kujutage ette, et saaksite toatemperatuuril keraamikat teha, kastes midagi vedelikku, tõstes selle vedelikust välja ja aurustumisel surudes vedelikus olevad molekulid kokku, nii et need saevad kokku samamoodi, nagu see kristallisatsioon toimib. Kujutage ette, et teeme kõik meie kõvad materjalid sel viisil. Kujutage ette, et pritsite PV-elemendi, päikesepatarei lähteaineid katusele ja lasete sellel ise kokku panna kihiliseks struktuuriks, mis kogub valgust.

11:43 Siin on IT-maailma jaoks huvitav: bioräni. See on ränikivi, mis on valmistatud silikaatidest. Ja nii et räni, mida me praegu valmistame – see on osa meie kantserogeensest probleemist meie kiipide valmistamisel – on biomineralisatsiooniprotsess, mida nüüd jäljendatakse. See asub UC Santa Barbaras. Vaadake neid ränivetikaid. See on Ernst Haeckeli teosest. Kujutage ette, et suudaksite – ja jällegi, see on malliline protsess ja see tahkub vedelast protsessist – ette kujutada, et selline struktuur väljub toatemperatuuril. Kujutage ette, et saate teha täiuslikke objektiive. Vasakul on see rabe täht; see on kaetud läätsedega, mida Lucent Technologiesi töötajad on leidnud, et neil pole mingeid moonutusi. See on üks kõige moonutustevabamaid objektiive, mida me teame. Ja neid on palju, kogu kehas. Huvitav on jällegi see, et see koguneb ise. Naine nimega Joanna Aizenberg Lucentis õpib nüüd seda tegema madalal temperatuuril, et luua selliseid läätsi. Ta vaatab ka fiiberoptikat. See on kiudoptikaga merekäsn. Selle kõige põhjas on fiiberoptika, mis valgust liigutab tegelikult paremini kui meie oma, kuid saate need sõlme siduda. nad on uskumatult paindlikud.

13:13 Siin on veel üks suur idee: CO2 lähteainena. Mees nimega Geoff Coates Cornellis ütles endale, et tead, taimed ei näe CO2-s meie aja suurimat mürki. Meie näeme seda nii. Taimed on hõivatud pikkade tärklise ja glükoosi ahelate valmistamisega, õige, CO2-st. Ta on leidnud viisi – ta on leidnud katalüsaatori – ja leidnud viisi, kuidas võtta CO2 ja muuta see polükarbonaatideks. Biolagunev plast CO2-st – kui taimne.

13:42Päikesemuutused: kõige põnevam. On inimesi, kes jäljendavad energia kogumise seadet lilla bakteri sees, ASU inimesed. Veelgi huvitavam on see, et viimasel ajal, viimase paari nädala jooksul, on inimesed näinud, et on olemas ensüüm nimega hüdrogenaas, mis on võimeline prootonitest ja elektronidest vesinikku eraldama ning vesinikku endasse võtma – põhimõtteliselt seda, mis toimub kütuseelemendis, kütuseelemendi anoodis ja pööratavas kütuseelemendis. Kütuseelementides teeme seda plaatinaga; elu teeb seda väga-väga tavalise rauaga. Ja meeskond on just nüüd suutnud seda vesinikuga žongleerivat hüdrogenaasi jäljendada. See on kütuseelementide jaoks väga põnev – seda ilma plaatinata teha.

14:33 Vormi jõud: siin on vaal. Oleme näinud, et selle vaala uimedel on mugulad. Ja need väikesed konarused suurendavad tõhusust näiteks lennuki servas - suurendavad efektiivsust umbes 32 protsenti. Mis on hämmastav fossiilkütuste kokkuhoid, kui me paneksime selle lihtsalt tiiva servale. Värv ilma pigmentideta: see paabulind loob värvi koos kujuga. Valgus tuleb läbi, see põrkab kihtidelt tagasi; seda nimetatakse õhukese kihi häireteks. Kujutage ette, et saate tooteid ise kokku panna, kusjuures viimased paar kihti mängivad valgusega, et luua värvi. Kujutage ette, et saate luua pinna välisküljele kuju, nii et see isepuhastub ainult veega. Seda teeb leht. Kas näete seda lähedalt pilti? See on veepall ja need on mustuseosakesed. Ja see on lähedalt tehtud pilt lootoselehest. Seal on ettevõte, kes toodab toodet nimega Lotusan, mis jäljendab – kui hoone fassaadivärv kuivab, jäljendab see isepuhastuva lehe konarusi ja vihmavesi puhastab hoone.

15:47 Vesi on meie suur ja suur väljakutse: janu kustutamine. Siin on kaks organismi, mis tõmbavad vett. Vasakpoolne on Namiibia mardikas, kes tõmbab vett udust välja. Parempoolne on pillide viga – tõmbab õhust vee välja, ei joo värsket vett. Võtmetehnoloogiad on vee tõmbamine Monterey udust ja Atlanta higisest õhust enne, kui see hoonesse satub.

16:19 Eraldamise tehnoloogiad saavad olema äärmiselt olulised. Mis siis, kui me ütleksime, et kivimite kaevandamist enam pole? Mis siis, kui eraldaksime metallid jäätmevoogudest, väikeses koguses metalle vees? Seda teevad mikroobid; nad kelaadivad metalle veest välja. Siin San Franciscos on ettevõte nimega MR3, mis manustab mikroobide molekulide jäljendeid kaevandusjäätmete voogude filtritesse. Roheline keemia on keemia vees. Teeme keemiat orgaanilistes lahustites. See on pilt ämblikust väljuvatest ketrustest ja ämblikust moodustuvast siidist. Kas pole mitte ilus? Roheline keemia asendab meie tööstusliku keemia looduse retseptiraamatuga. See pole lihtne, sest elu kasutab ainult perioodilisuse tabeli elementide alamhulka. Ja me kasutame neid kõiki, isegi mürgiseid. Rohelise keemia ülesanne on välja mõelda elegantsed retseptid, mis võtaksid perioodilisuse tabeli väikese alamhulga ja looksid imematerjale nagu see rakk.

17:38 Ajastatud lagunemine: pakend, mis on hea seni, kuni te ei soovi, et see enam hea oleks, ja lahustub märguandel. See on rannakarp, mille leiate siit vetest ja niidid, mis seda kivi küljes hoiavad, on ajastatud; täpselt kahe aasta pärast hakkavad nad lahustuma.

17:55 Tervendamine: see on hea. See väike tüüp seal on hiline. Kogu maailmas on probleem, et vaktsiinid ei jõua patsientideni. Ja põhjus on selles, et külmutusseade läheb kuidagi katki; see, mida nimetatakse "külmaketiks", läheb katki. Kutt nimega Bruce Rosner vaatas tardigradi – mis kuivab täielikult ära, jääb ometi ellu kuid, kuid ja kuude kaupa ning suudab end taastada. Ja ta leidis viisi vaktsiinide kuivatamiseks – pakkida need sama tüüpi suhkrukapslitesse, nagu tardigrade rakkudes on –, mis tähendab, et vaktsiine ei pea enam külmkappi hoidma. Neid saab panna kindalaekasse, OK. Organismidelt õppimine. See on seanss veest – õppida tundma organisme, kes saavad hakkama ka ilma veeta, et luua vaktsiin, mis püsib ja kestab ja kestab ka ilma külmuta.

19:02 Ma ei jõua 12-ni. Aga ma kavatsen teile öelda, et kõige olulisem peale kõigi nende kohanemiste on asjaolu, et need organismid on välja mõelnud viisi, kuidas teha hämmastavaid asju, mida nad teevad, hoolitsedes selle koha eest, mis hakkab hoolitsema nende järglaste eest. Kui nad osalevad eelmängus, mõtlevad nad millelegi väga-väga olulisele – ja selleks on nende geneetiline materjal alles 10 000 põlvkonna pärast. Ja see tähendab, et tuleb leida viis, kuidas teha seda, mida nad teevad, ilma et hävitataks koht, mis nende järglaste eest hoolitseb. See on suurim disaini väljakutse. Õnneks on miljoneid ja miljoneid geeniusi, kes on valmis meile oma parimate ideedega kinkima. Edu nendega vestlusel.

20:03 Aitäh.

20:04 (Aplaus)

20:18 Chris Anderson: Rääkige eelmängust, mina -- me peame jõudma 12-ni, kuid väga kiiresti.

20:22Janine Benyus: Kas tõesti? CA: Jah. Täpselt nagu tead, nagu 10-sekundiline versioon 10, 11 ja 12. Kuna me lihtsalt – teie slaidid on nii uhked ja ideed on nii suured, et ma ei kannata lasta teil alla minna, nägemata 10, 11 ja 12.

20:33JB: OK, pane see -- OK, ma lihtsalt hoian seda asja. OK, suurepärane. OK, see on tervendav. Tundmine ja vastamine: tagasiside on tohutu asi. See on jaaniuss. Ühel ruutkilomeetril võib neid olla 80 miljonit ja ometi ei põrka nad omavahel kokku. Ja ometi juhtub meil aastas 3,6 miljonit autoga kokkupõrget. (Naer) Õige. Newcastle'is on inimene, kes on aru saanud, et see on väga suur neuron. Ja tegelikult mõtleb ta välja, kuidas luua kokkupõrke vältimise skeem, mis põhineb sellel jaaniussi väga suurel neuronil.

21:13 See on tohutu ja oluline, number 11. Ja see on kasvav viljakus. See tähendab, teate, viljakuse netopõllumajandust. Me peaksime viljakust kasvatama. Ja oh jah – me saame ka süüa. Sest me peame kasvatama selle planeedi suutlikkust luua üha rohkem eluvõimalusi. Ja tõesti, seda teevad ka teised organismid. Ansamblis teevad seda terved ökosüsteemid: nad loovad üha rohkem eluvõimalusi. Meie põlluharimine on teinud vastupidist. Niisiis, põlluharimine, mis põhineb sellel, kuidas preeria ehitab mulda, ja karjapidamine, mis põhineb sellel, kuidas kohalik kabiloomade kari tegelikult suurendab levila tervist, isegi reoveepuhastus põhineb sellel, kuidas soo mitte ainult ei puhasta vett, vaid loob uskumatult sädelevat tootlikkust.

22:05 See on lihtne kujunduse ülevaade. Ma mõtlen, et see tundub lihtne, sest süsteem on üle 3,8 miljardi aasta selle välja töötanud. See tähendab, et need organismid, kes pole suutnud välja mõelda, kuidas oma kohti parandada või magusaks teha, ei ole läheduses, et meile sellest rääkida. See on kaheteistkümnes. Elu – ja see on salanipp; see on võlutrikk – elu loob eluks soodsad tingimused. See ehitab mulda; see puhastab õhku; see puhastab vett; see segab gaaside kokteili, mida sina ja mina elamiseks vajame. Ja see teeb seda keset suurepärast eelmängu ja nende vajaduste rahuldamist. Nii et see ei välista üksteist. Peame leidma viisi oma vajaduste rahuldamiseks, muutes selle koha Eedeniks.

23:05 CA: Janine, suur tänu. (Aplaus)