Leçons Surprenantes Des ingénieurs De La Nature

C'est un plaisir d'être ici à une conférence consacrée à « Inspiré par la nature » ​​– vous pouvez imaginer. Et je suis aussi ravi d'être présent dans la section consacrée aux préliminaires. Avez-vous remarqué que cette section est consacrée aux préliminaires ? Parce que je vais parler d'une de mes créatures préférées : le grèbe élégant. On n'a jamais vécu sans avoir vu ces grèbes faire leur danse nuptiale. J'étais sur le lac Bowman, dans le parc national des Glaciers, un lac long et étroit avec des montagnes à l'envers, et mon partenaire et moi avions une barque. Alors que nous ramions, un de ces grèbes élégants est arrivé. Pour leur danse nuptiale, ils se mettent à nager ensemble, tous les deux, et commencent à courir sous l'eau. Ils pagaient de plus en plus vite, jusqu'à atteindre une vitesse telle qu'ils se soulèvent littéralement de l'eau et se tiennent debout, comme s'ils pagayaient à la surface. Et un de ces grèbes est arrivé pendant que nous ramions. Et donc, nous sommes dans un crâne, et nous avançons très, très vite. Et ce grèbe, je crois, nous a pris pour un prospect et s'est mis à courir le long de l'eau à côté de nous, dans une danse nuptiale – sur des kilomètres. Il s'arrêtait, puis recommençait, puis s'arrêtait, puis recommençait. Ça, c'est des préliminaires. (Rires)

1:46 J'ai failli changer d'espèce à ce moment-là. Évidemment, la vie a beaucoup à nous apprendre en matière de divertissement. Elle a beaucoup à nous apprendre. Mais aujourd'hui, j'aimerais vous parler de ce qu'elle pourrait nous apprendre en matière de technologie et de design. Depuis la parution du livre – il portait principalement sur la recherche en biomimétisme –, architectes, designers, ingénieurs – ceux qui façonnent notre monde – ont commencé à nous appeler et à nous dire : « Nous voulons qu'un biologiste s'assoie à la table de conception pour nous aider, en temps réel, à trouver l'inspiration. » Ou – et c'est là que ça m'intéresse – nous voulons que vous nous emmeniez dans la nature. Nous lancerons un défi de design et nous trouverons les meilleurs adaptateurs du monde naturel, susceptibles de nous inspirer.

2:40 Voici une photo d'un voyage aux Galapagos que nous avons prise avec des ingénieurs en traitement des eaux usées ; ils purifient les eaux usées. Certains d'entre eux étaient très réticents à y aller. Ils nous ont d'abord dit : « Vous savez, nous pratiquons déjà le biomimétisme. Nous utilisons des bactéries pour purifier notre eau. » Et nous avons répondu que ce n'était pas vraiment inspiré par la nature. C'est du biotraitement, une technologie bio-assistée : utiliser un organisme pour traiter les eaux usées est une technologie très ancienne appelée « domestication ». Il s'agit d'apprendre quelque chose, d'apprendre une idée d'un organisme, puis de l'appliquer. Et donc, ils ne comprenaient toujours pas.

3:27 On est allés se promener sur la plage et je leur ai demandé : « Donnez-moi un de vos gros problèmes. Donnez-moi un défi de conception, un obstacle à la durabilité, qui vous empêche d'être durable. » Ils ont parlé d'entartrage, c'est-à-dire l'accumulation de minéraux dans les canalisations. Ils ont dit : « Vous savez, ce qui se passe, c'est que les minéraux – comme chez vous – s'accumulent. Ensuite, l'ouverture se ferme, et il faut rincer les canalisations avec des toxines, ou les déterrer. » Donc, si on pouvait trouver un moyen d'arrêter cet entartrage… J'ai donc ramassé des coquillages sur la plage. Je leur ai demandé : « Qu'est-ce que l'entartrage ? Qu'y a-t-il dans vos canalisations ? » Ils m'ont répondu : « Du carbonate de calcium. » Et j'ai dit : « Voilà ce que c'est ; du carbonate de calcium. »

4:09 Et ils ne le savaient pas. Ils ne savaient pas qu'une coquille est modelée par des protéines, puis que les ions de l'eau de mer se cristallisent sur place pour former une coquille. Le même processus, sans les protéines, se produit à l'intérieur de leurs tubes. Ils l'ignoraient. Ce n'est pas un manque d'information ; c'est un manque d'intégration. Vous savez, c'est un silo, des gens enfermés. Ils ne savaient pas que la même chose se produisait. Alors l'un d'eux a réfléchi et s'est dit : « Bon, s'il s'agit simplement d'une cristallisation automatique à partir de l'eau de mer – l'auto-assemblage –, alors pourquoi les coquilles ne sont-elles pas infinies ? Qu'est-ce qui arrête l'entartrage ? Pourquoi ne continuent-elles pas ? » Et j'ai dit : « Eh bien, de la même manière qu'ils exsudent une protéine et que cela déclenche la cristallisation – et puis ils se sont tous penchés – ils libèrent une protéine qui arrête la cristallisation. » Il adhère littéralement à la face en croissance du cristal. Il existe d'ailleurs un produit appelé TPA qui imite cette protéine – cette protéine d'arrêt – et qui constitue un moyen écologique d'empêcher l'entartrage des canalisations.

5:26 Ça a tout changé. À partir de ce moment-là, impossible de faire remonter ces ingénieurs à bord. Le premier jour, ils partaient en randonnée, et c'était clic, clic, clic, clic. Cinq minutes plus tard, ils étaient de retour à bord. C'était fini. Vous savez, j'ai vu cette île. Après ça, ils rampaient partout. Ils faisaient de la plongée avec tuba aussi longtemps qu'on les laissait faire. Ils ont réalisé qu'il existait des organismes qui avaient déjà résolu les problèmes qu'ils avaient passé leur carrière à essayer de résoudre.

6:05 Apprendre le monde naturel est une chose ; apprendre de lui, c'est le changement. C'est le changement profond. Ils ont compris que les réponses à leurs questions sont partout ; il leur suffisait de changer de perspective. 3,8 milliards d'années d'expérimentation sur le terrain. 10 à 30 – Craig Venter vous le dira probablement ; je pense qu'il y a bien plus que 30 millions – de solutions bien adaptées. L'important pour moi, c'est que ces solutions soient adaptées au contexte. Et ce contexte, c'est la Terre – le même contexte dans lequel nous essayons de résoudre nos problèmes. Il s'agit donc d'une imitation consciente du génie de la vie. Il ne s'agit pas d'une imitation servile – même si Al essaie de se coiffer – ce n'est pas une imitation servile ; il s'agit de s'inspirer des principes de conception, du génie du monde naturel, et d'en tirer des leçons.

7:07 Maintenant, dans un groupe avec autant d'informaticiens, je dois mentionner ce que je ne vais pas aborder : votre domaine a énormément appris du vivant, côté logiciel. Il y a donc des ordinateurs qui se protègent, comme un système immunitaire, et nous apprenons de la régulation génétique et du développement biologique. Nous apprenons aussi des réseaux neuronaux, des algorithmes génétiques, de l'informatique évolutive. Ça, c'est du côté logiciel. Mais ce qui est intéressant pour moi, c'est que nous n'avons pas beaucoup étudié ce sujet. Je veux dire, ces machines ne sont pas très high-tech à mon avis, dans le sens où il y a des dizaines et des dizaines de substances cancérigènes dans l'eau de la Silicon Valley. Le matériel n'est donc pas du tout à la hauteur de ce que la vie appellerait une réussite. Alors, que pouvons-nous apprendre de la fabrication – pas seulement des ordinateurs, mais de tout ? L'avion dans lequel vous voyagez, les voitures, les sièges sur lesquels vous êtes assis. Comment repenser le monde que nous créons, le monde créé par l'homme ? Plus important encore, quelles questions devrions-nous nous poser dans les dix prochaines années ? La vie regorge de technologies géniales.

8h25 Quel est le programme ? Trois questions sont essentielles pour moi. Comment la vie crée-t-elle des choses ? C'est l'inverse ; c'est ainsi que nous les fabriquons. C'est ce qu'on appelle « chauffer, battre et traiter » – c'est ainsi que les spécialistes des matériaux appellent cela. Et il s'agit de découper les choses de haut en bas, avec 96 % de déchets et seulement 4 % de produit. On chauffe, on bat à haute pression, on utilise des produits chimiques. OK. Chauffer, battre et traiter.

8:53 La vie ne peut pas se permettre ça. Comment la vie crée-t-elle des choses ? Comment la vie en tire-t-elle le meilleur parti ? C’est le pollen d’un géranium. Et sa forme lui permet de tourbillonner si facilement dans l’air. Regardez cette forme. La vie ajoute de l’information à la matière. Autrement dit : une structure. Elle lui donne de l’information. En ajoutant de l’information à la matière, elle lui confère une fonction différente de celle sans cette structure. Et troisièmement, comment la vie fait-elle disparaître les choses dans des systèmes ? Parce que la vie ne s’intéresse pas vraiment aux choses ; il n’existe rien dans le monde naturel qui soit séparé de ses systèmes. Un programme très rapide. À mesure que je lis de plus en plus et que je suis l’histoire, des choses étonnantes émergent dans les sciences biologiques. Et en même temps, j’écoute beaucoup d’entreprises et je découvre quels sont leurs grands défis. Les deux groupes ne se parlent pas. Du tout.

10:11 Qu'est-ce qui, dans le monde de la biologie, pourrait être utile à ce stade, pour nous aider à sortir de cette situation évolutive difficile dans laquelle nous nous trouvons ? Je vais essayer d'en aborder douze, très rapidement.

10:23 L'auto-assemblage est un phénomène qui me passionne. Vous en avez entendu parler en termes de nanotechnologie. Revenons à cette coquille : la coquille est un matériau auto-assemblant. En bas à gauche, on voit une image de nacre se formant à partir d'eau de mer. C'est une structure stratifiée, à la fois minérale et polymère, ce qui la rend extrêmement résistante. Elle est deux fois plus résistante que nos céramiques high-tech. Mais ce qui est vraiment intéressant, c'est que contrairement à nos céramiques qui sont cuites au four, cela se produit dans l'eau de mer. Cela se produit à proximité immédiate du corps de l'organisme. Ici, aux laboratoires nationaux de Sandia. Un certain Jeff Brinker a trouvé un moyen de mettre en place un processus de codage auto-assemblant. Imaginez pouvoir fabriquer de la céramique à température ambiante en plongeant simplement un objet dans un liquide, en le retirant du liquide, et en laissant l'évaporation forcer les molécules du liquide à s'assembler, de sorte qu'elles s'assemblent de la même manière que la cristallisation. Imaginez fabriquer tous nos matériaux durs de cette façon. Imaginez pulvériser les précurseurs d'une cellule photovoltaïque, puis d'une cellule solaire, sur un toit, et les voir s'auto-assembler en une structure stratifiée captant la lumière.

11:43 Voici un exemple intéressant pour le monde informatique : le biosilicium. Il s'agit d'une diatomée composée de silicates. Le silicium que nous fabriquons actuellement – ​​il est à l'origine du problème cancérigène de nos puces – est un processus de biominéralisation qui est maintenant imité. C'est à l'Université de Californie à Santa Barbara. Regardez ces diatomées. Elles sont issues des travaux d'Ernst Haeckel. Imaginez pouvoir – et, encore une fois, c'est un processus basé sur un modèle, et il se solidifie à partir d'un liquide – imaginez pouvoir obtenir ce genre de structure à température ambiante. Imaginez pouvoir fabriquer des lentilles parfaites. À gauche, voici une ophiure ; elle est recouverte de lentilles qui, selon Lucent Technologies, ne présentent aucune distorsion. C'est l'une des lentilles les moins déformées que nous connaissions. Et il y en a beaucoup, sur tout son corps. Ce qui est intéressant, encore une fois, c'est qu'elle s'auto-assemble. Joanna Aizenberg, de Lucent, apprend actuellement à utiliser ce procédé à basse température pour créer ce type de lentilles. Elle étudie également la fibre optique. Il s'agit d'une éponge de mer dotée d'une fibre optique. À sa base, on trouve des fibres optiques plus performantes que les nôtres pour déplacer la lumière, mais on peut les nouer ; elles sont incroyablement flexibles.

13:13Voici une autre idée géniale : le CO2 comme matière première. Un certain Geoff Coates, de Cornell, s'est dit : « Vous savez, les plantes ne voient pas le CO2 comme le plus grand poison de notre époque. Nous le voyons comme ça. Les plantes fabriquent de longues chaînes d'amidon et de glucose à partir du CO2. » Il a trouvé un moyen, un catalyseur, de transformer le CO2 en polycarbonates. Des plastiques biodégradables à partir du CO2 ! C'est très végétal.

13:42 Les transformations solaires : la plus passionnante. Des chercheurs de l'ASU imitent le dispositif de récupération d'énergie à l'intérieur d'une bactérie violette. Plus intéressant encore, ces dernières semaines, on a découvert une enzyme appelée hydrogénase, capable de transformer l'hydrogène en protons et en électrons, et de l'absorber – en gros, ce qui se passe dans une pile à combustible, dans son anode et dans une pile à combustible réversible. Dans nos piles à combustible, nous le faisons avec du platine ; la vie le fait avec un fer très courant. Une équipe vient de réussir à imiter cette hydrogénase jonglant avec l'hydrogène. C'est très prometteur pour les piles à combustible : pouvoir faire cela sans platine.

14:33 Le pouvoir de la forme : voici une baleine. Nous avons vu que ses nageoires sont dotées de tubercules. Ces petites bosses augmentent l'efficacité, par exemple, du bord d'un avion : elles augmentent l'efficacité d'environ 32 %. Ce qui représente une économie incroyable de combustible fossile, si on le plaçait simplement sur le bord d'une aile. Couleur sans pigments : ce paon crée de la couleur grâce à la forme. La lumière traverse, elle rebondit sur les couches ; c'est ce qu'on appelle l'interférence en couches minces. Imaginez pouvoir auto-assembler des produits dont les dernières couches joueraient avec la lumière pour créer de la couleur. Imaginez pouvoir créer une forme à l'extérieur d'une surface, de sorte qu'elle s'auto-nettoie avec juste de l'eau. C'est ce que fait une feuille. Vous voyez cette photo en gros plan ? C'est une boule d'eau, et ce sont des particules de poussière. Et voici une photo en gros plan d'une feuille de lotus. Il existe une entreprise qui fabrique un produit appelé Lotusan, qui imite : lorsque la peinture de la façade du bâtiment sèche, elle imite les bosses d'une feuille autonettoyante, et l'eau de pluie nettoie le bâtiment.

15h47 L'eau sera notre grand défi : étancher la soif. Voici deux organismes qui extraient l'eau. Celui de gauche est le scarabée namibien qui extrait l'eau du brouillard. Celui de droite est un cloporte qui extrait l'eau de l'air et ne boit pas d'eau douce. Extraire l'eau du brouillard de Monterey et de l'air moite d'Atlanta, avant qu'elle ne pénètre dans un bâtiment, sont des technologies clés.

16:19 Les technologies de séparation vont devenir extrêmement importantes. Et si on disait : « Finies les mines de roches dures ? » Et si on séparait les métaux des flux de déchets, de petites quantités de métaux dans l'eau ? C'est ce que font les microbes : ils chélatent les métaux de l'eau. Il y a une entreprise ici à San Francisco, MR3, qui intègre des imitations de molécules microbiennes sur des filtres pour extraire les flux de déchets. La chimie verte, c'est la chimie de l'eau. Nous faisons de la chimie dans des solvants organiques. Voici une image des filières sortant d'une araignée et de la soie qui se forme à partir d'elle. N'est-ce pas magnifique ? La chimie verte remplace notre chimie industrielle par le livre de recettes de la nature. Ce n'est pas facile, car la vie n'utilise qu'un sous-ensemble des éléments du tableau périodique. Et nous les utilisons tous, même les plus toxiques. Trouver les recettes élégantes qui permettraient de prendre ce petit sous-ensemble du tableau périodique et de créer des matériaux miracles comme cette cellule, c'est la mission de la chimie verte.

17:38 Dégradation chronométrée : un emballage qui est bon jusqu'à ce qu'on ne le veuille plus, et qui se dissout au bon moment. Voici une moule que l'on trouve dans les eaux d'ici, et les fils qui la maintiennent à un rocher sont chronométrés ; à exactement deux ans, ils commencent à se dissoudre.

17:55 Guérison : c'est une bonne idée. Ce petit gars là-bas est un tardigrade. Il y a un problème avec les vaccins qui n'arrivent pas aux patients partout dans le monde. La raison est que la réfrigération est rompue ; ce qu'on appelle la « chaîne du froid » est rompue. Un certain Bruce Rosner a étudié le tardigrade – qui se dessèche complètement, mais reste vivant pendant des mois et des mois, et est capable de se régénérer. Il a trouvé un moyen de dessécher les vaccins – en les enfermant dans le même type de capsules de sucre que celles du tardigrade dans ses cellules – ce qui signifie qu'ils n'ont plus besoin d'être réfrigérés. On peut les ranger dans une boîte à gants, d'accord. Apprendre des organismes. Cette séance porte sur l'eau – apprendre sur les organismes qui peuvent se passer d'eau, afin de créer un vaccin qui dure longtemps sans réfrigération.

19:02 Je n'irai pas jusqu'à 12. Mais je vais vous dire que le plus important, outre toutes ces adaptations, est que ces organismes ont trouvé le moyen de réaliser ces merveilles tout en préservant l'environnement qui prendra soin de leur progéniture. Lorsqu'ils sont impliqués dans les préliminaires, ils pensent à quelque chose de très important : préserver leur patrimoine génétique, 10 000 générations plus tard. Cela implique de trouver un moyen de faire ce qu'ils font sans détruire l'environnement qui prendra soin de leur progéniture. C'est le plus grand défi de conception. Heureusement, des millions et des millions de génies sont prêts à nous faire part de leurs meilleures idées. Bonne chance pour discuter avec eux.

20:03Merci.

20:04 (Applaudissements)

20:18Chris Anderson : Parlons des préliminaires, je... nous devons arriver à 12, mais très rapidement.

20:22 Janine Benyus : Ah oui ? CA : Oui. Comme, vous savez, la version 10 secondes des diapositives 10, 11 et 12. Parce que vos diapositives sont tellement magnifiques et les idées sont si géniales que je ne peux pas supporter de vous laisser descendre sans avoir vu les diapositives 10, 11 et 12.

20:33JB : OK, pose ça… OK, je vais juste tenir ça. OK, super. OK, donc voilà pour la guérison. Détecter et réagir : le feedback est un phénomène majeur. Voici une sauterelle. Il peut y en avoir 80 millions sur un kilomètre carré, et pourtant elles n'entrent pas en collision. Et pourtant, nous avons 3,6 millions d'accidents de voiture par an. (Rires) C'est vrai. Une personne à Newcastle a découvert que c'est un très gros neurone. Et elle est en train de découvrir comment créer un circuit anti-collision basé sur ce très gros neurone de la sauterelle.

21:13 C'est un point crucial et important, le numéro 11. Il s'agit de l'augmentation de la fertilité. Cela signifie, vous savez, une agriculture à fertilité nette. Nous devrions accroître la fertilité. Et, oh oui, nous avons aussi de la nourriture. Car nous devons accroître la capacité de cette planète à créer toujours plus d'opportunités de vie. Et en réalité, c'est ce que font aussi d'autres organismes. Ensemble, c'est ce que font des écosystèmes entiers : ils créent toujours plus d'opportunités de vie. Notre agriculture a fait l'inverse. Ainsi, l'agriculture basée sur la façon dont une prairie construit le sol, l'élevage basé sur la façon dont un troupeau d'ongulés indigènes améliore la santé des pâturages, et même le traitement des eaux usées basé sur la façon dont un marais non seulement purifie l'eau, mais crée une productivité incroyablement florissante.

22:05Voici le cahier des charges simple. Ça paraît simple parce que le système, depuis plus de 3,8 milliards d'années, l'a compris. Autrement dit, les organismes qui n'ont pas su trouver comment embellir ou adoucir leur environnement ne sont plus là pour nous le dire. C'est le douzième. La vie – et c'est là le secret, le tour de magie – crée les conditions propices à la vie. Elle construit le sol ; elle purifie l'air ; elle purifie l'eau ; elle mélange le cocktail de gaz dont vous et moi avons besoin pour vivre. Et elle le fait tout en profitant de préliminaires géniaux et en répondant à leurs besoins. Ce n'est donc pas mutuellement exclusif. Nous devons trouver un moyen de satisfaire nos besoins, tout en faisant de cet endroit un Éden.

23:05CA : Janine, merci beaucoup. (Applaudissements)