Lezioni Sorprendenti Dagli Ingegneri Della Natura

È emozionante essere qui a una conferenza dedicata a "Ispirati dalla Natura", potete immaginare. E sono anche emozionato di essere nella sezione dedicata ai preliminari. Avete notato che questa sezione è dedicata ai preliminari? Perché posso parlare di una delle mie creature preferite, lo Svasso maggiore. Non puoi dire di aver vissuto finché non hai visto questi esemplari eseguire la loro danza del corteggiamento. Ero sul lago Bowman nel Glacier National Park, un lago lungo e stretto con delle montagne capovolte al suo interno, e io e il mio compagno avevamo una barca a remi. Stavamo remando, quando è arrivato uno di questi Svassi maggiori. E quello che fanno per la loro danza del corteggiamento è andare insieme, loro due, i due compagni, e iniziare a correre sott'acqua. Remano sempre più veloci, sempre più veloci, finché non vanno così veloci che letteralmente si sollevano dall'acqua e si mettono in piedi, come se stessero remando sulla superficie dell'acqua. E uno di questi Svassi è arrivato mentre remavamo. E così siamo in un teschio, e ci stiamo muovendo davvero, davvero velocemente. E questo svasso, credo, ci abbia scambiato per un potenziale cliente, e ha iniziato a correre lungo l'acqua accanto a noi, in una danza di corteggiamento, per chilometri. Si fermava, poi ricominciava, poi si fermava, e poi ricominciava. Ecco, questo sì che è un preliminare. (Risate)

1:46 In quel momento ero quasi arrivato a cambiare specie. Ovviamente, la vita può insegnarci qualcosa nella sezione intrattenimento. La vita ha molto da insegnarci. Ma quello di cui vorrei parlare oggi è ciò che la vita potrebbe insegnarci nella tecnologia e nel design. Quello che è successo da quando è uscito il libro – il libro parlava principalmente di ricerca sulla biomimetica – e quello che è successo da allora è che architetti, designer, ingegneri – persone che creano il nostro mondo – hanno iniziato a chiamare e dire: "Vogliamo un biologo che sieda al tavolo di progettazione per aiutarci, in tempo reale, a trovare ispirazione". Oppure – e questa è la parte divertente per me – "Vogliamo che ci portiate nel mondo naturale". Verremo con una sfida di design e troveremo i campioni dell'adattamento nel mondo naturale, che potrebbero ispirarci.

2:40 Questa è una foto di un viaggio alle Galapagos che abbiamo scattato con alcuni ingegneri del trattamento delle acque reflue; purificano le acque reflue. E alcuni di loro erano molto restii, in realtà, a farlo. Quello che ci hanno detto all'inizio era, sapete, noi già usiamo la biomimetica. Usiamo i batteri per purificare la nostra acqua. E noi abbiamo risposto, beh, non è esattamente ispirarsi alla natura. Questa è bioprocessazione, sapete; è tecnologia bioassistita: usare un organismo per trattare le acque reflue è una vecchia, vecchia tecnologia chiamata "addomesticamento". Si tratta di imparare qualcosa, apprendere un'idea da un organismo e poi applicarla. E quindi ancora non capivano.

3:27 Così siamo andati a fare una passeggiata sulla spiaggia e ho detto, beh, dammi uno dei tuoi grandi problemi. Dammi una sfida di progettazione, un ostacolo alla sostenibilità, che ti impedisce di essere sostenibile. E hanno parlato di incrostazioni, che è l'accumulo di minerali all'interno delle tubature. E hanno detto, sai cosa succede? I minerali, proprio come a casa tua, si accumulano. E poi l'apertura si chiude, e dobbiamo lavare le tubature con le tossine, o dobbiamo dissotterrarle. Quindi se avessimo un modo per fermare queste incrostazioni... e così ho raccolto delle conchiglie sulla spiaggia. E ho chiesto loro: cos'è l'incrostazione? Cosa c'è dentro le tue tubature? E hanno detto: carbonato di calcio. E ho detto: ecco cos'è; questo è carbonato di calcio.

4:09 E non lo sapevano. Non sapevano cos'è una conchiglia: è modellata da proteine, e poi gli ioni dell'acqua di mare si cristallizzano sul posto per creare una conchiglia. Quindi lo stesso tipo di processo, senza le proteine, avviene all'interno dei loro tubi. Non lo sapevano. Non è per mancanza di informazioni; è per mancanza di integrazione. Sapete, è un silos, persone in silos. Non sapevano che stesse accadendo la stessa cosa. Così uno di loro ci ha pensato e ha detto: "Ok, beh, se questa è solo una cristallizzazione che avviene automaticamente fuori dall'acqua di mare - autoassemblaggio - allora perché le conchiglie non hanno dimensioni infinite? Cosa impedisce la crescita in scala? Perché non continuano a procedere?" E io ho detto: "Beh, nello stesso modo in cui essudano una proteina e questa inizia la cristallizzazione - e poi si sono tutti in qualche modo piegati - hanno lasciato andare una proteina che blocca la cristallizzazione". Aderisce letteralmente alla superficie in crescita del cristallo. E, in effetti, esiste un prodotto chiamato TPA che imita quella proteina – quella proteina bloccante – ed è un modo ecologico per bloccare la formazione di calcare nelle tubature.

5:26 Questo cambiò tutto. Da quel momento in poi, non fu più possibile far tornare quegli ingegneri sulla barca. Il primo giorno facevano un'escursione, e clic, clic, clic, clic. Cinque minuti dopo erano di nuovo sulla barca. Avevamo finito. Sapete, ho visto quell'isola. Dopo, strisciavano dappertutto. Facevano snorkeling finché glielo permettevamo. Quello che era successo era che si erano resi conto che là fuori c'erano organismi che avevano già risolto i problemi che loro avevano cercato di risolvere per tutta la loro carriera.

6:05 Imparare a conoscere il mondo naturale è una cosa; imparare dal mondo naturale è il cambiamento. È il cambiamento profondo. Ciò che hanno capito è che le risposte alle loro domande sono ovunque; dovevano solo cambiare le lenti con cui guardavano il mondo. 3,8 miliardi di anni di test sul campo. Da 10 a 30 -- Craig Venter probabilmente ve lo dirà; io credo che ce ne siano molti più di 30 milioni -- soluzioni ben adattate. La cosa importante per me è che queste siano soluzioni risolte nel contesto. E il contesto è la Terra -- lo stesso contesto in cui cerchiamo di risolvere i nostri problemi. Quindi è l'emulazione consapevole del genio della vita. Non è un'imitazione servile -- anche se Al sta cercando di farsi la pettinatura -- non è un'imitazione servile; è prendere i principi del design, il genio del mondo naturale, e imparare qualcosa da esso.

7:07 Ora, in un gruppo con così tante persone del settore IT, devo menzionare una cosa di cui non parlerò, ovvero che il vostro campo ha imparato moltissimo dagli esseri viventi, dal punto di vista del software. Ci sono computer che si proteggono da soli, come un sistema immunitario, e stiamo imparando dalla regolazione genetica e dallo sviluppo biologico. E stiamo imparando dalle reti neurali, dagli algoritmi genetici, dal calcolo evolutivo. Questo dal punto di vista del software. Ma la cosa interessante per me è che non abbiamo ancora approfondito questo aspetto. Voglio dire, queste macchine non sono poi così tecnologicamente avanzate, a mio avviso, nel senso che ci sono decine e decine di sostanze cancerogene nell'acqua della Silicon Valley. Quindi l'hardware non è affatto all'altezza di ciò che la vita definirebbe un successo. Quindi cosa possiamo imparare sulla creazione, non solo di computer, ma di tutto? L'aereo con cui si arriva, le auto, i sedili su cui ci si siede. Come riprogettiamo il mondo che creiamo, il mondo creato dall'uomo? Ma soprattutto, cosa dovremmo chiedere nei prossimi 10 anni? E ci sono un sacco di tecnologie fantastiche là fuori, che la vita ci offre.

8:25 Qual è il programma? Tre domande, per me, sono fondamentali. Come fa la vita a creare le cose? È l'opposto; è così che creiamo le cose. Si chiama riscaldare, battere e trattare - così lo chiamano gli scienziati dei materiali. E significa scolpire le cose dall'alto, con il 96% di scarti rimanenti e solo il 4% di prodotto. Lo si riscalda; lo si batte ad alta pressione; si usano sostanze chimiche. OK. Riscaldare, battere e trattare.

8:53 La vita non può permetterselo. Come fa la vita a creare le cose? Come fa la vita a sfruttarle al meglio? È un polline di geranio. Ed è la sua forma a conferire la funzione di poter rotolare nell'aria così facilmente. Guarda quella forma. La vita aggiunge informazioni alla materia. In altre parole: struttura. Le fornisce informazioni. Aggiungendo informazioni alla materia, le conferisce una funzione diversa da quella che avrebbe senza quella struttura. E in terzo luogo, come fa la vita a far sparire le cose nei sistemi? Perché la vita non si occupa veramente di cose; non ci sono cose nel mondo naturale separate dai loro sistemi. Un programma davvero veloce. Mentre leggo sempre di più e seguo la storia, ci sono cose straordinarie che emergono nelle scienze biologiche. E allo stesso tempo, ascolto molte aziende e scopro quali siano le loro grandi sfide. I due gruppi non si parlano. Per niente.

10:11 Cosa potrebbe esserci d'aiuto nel mondo della biologia in questo momento, per aiutarci a uscire da questo tipo di nodo evolutivo in cui ci troviamo? Cercherò di analizzarne rapidamente i 12 punti.

10:23 Una cosa che trovo entusiasmante è l'autoassemblaggio. Ora, ne avete sentito parlare in termini di nanotecnologia. Torniamo a quella conchiglia: la conchiglia è un materiale autoassemblante. In basso a sinistra c'è un'immagine di madreperla che si forma dall'acqua di mare. È una struttura a strati, prima minerale e poi polimerica, che la rende molto, molto resistente. È due volte più resistente delle nostre ceramiche high-tech. Ma la cosa davvero interessante è che, a differenza delle nostre ceramiche che sono nei forni, avviene nell'acqua di mare. Avviene vicino, dentro e vicino, al corpo dell'organismo. Questi sono i Sandia National Labs. Un ragazzo di nome Jeff Brinker ha trovato un modo per avere un processo di codifica autoassemblante. Immaginate di poter produrre ceramiche a temperatura ambiente semplicemente immergendo qualcosa in un liquido, sollevandolo dal liquido e facendo in modo che l'evaporazione forzi le molecole nel liquido, in modo che si uniscano a formare un puzzle nello stesso modo in cui funziona questa cristallizzazione. Immaginate di produrre tutti i nostri materiali duri in questo modo. Immaginate di spruzzare i precursori di una cella fotovoltaica, di una cella solare, su un tetto e di vederla autoassemblarsi in una struttura a strati che cattura la luce.

11:43 Ecco una cosa interessante per il mondo IT: il biosilicio. Questa è una diatomea, composta da silicati. E quindi il silicio, che produciamo ora – è parte del nostro problema cancerogeno nella produzione dei nostri chip – è un processo di biomineralizzazione che ora viene imitato. Questo è all'UC Santa Barbara. Guardate queste diatomee. Questo è tratto dal lavoro di Ernst Haeckel. Immaginate di poter – e, di nuovo, è un processo basato su modelli, e si solidifica tramite un processo liquido – immaginate di poter ottenere quel tipo di struttura a temperatura ambiente. Immaginate di poter realizzare lenti perfette. A sinistra, questa è una stella fragile; è ricoperta di lenti che, secondo i ricercatori di Lucent Technologies, non presentano alcuna distorsione. È una delle lenti meno distorsive che conosciamo. E ce ne sono molte, su tutto il corpo. La cosa interessante, ancora una volta, è che si autoassembla. Una donna di nome Joanna Aizenberg, alla Lucent, sta ora imparando a farlo con un processo a bassa temperatura per creare questo tipo di lenti. Sta anche studiando la fibra ottica. È una spugna marina che contiene una fibra ottica. Alla base, ci sono fibre ottiche che funzionano meglio delle nostre, in realtà, per spostare la luce, ma si possono annodare; sono incredibilmente flessibili.

13:13 Ecco un'altra grande idea: la CO2 come materia prima. Un tizio di nome Geoff Coates, alla Cornell, si è detto: "Sai, le piante non considerano la CO2 il veleno più grande del nostro tempo. Noi la vediamo così". Le piante sono impegnate a produrre lunghe catene di amidi e glucosio, giusto? Dalla CO2. Ha trovato un modo, ha trovato un catalizzatore, e ha trovato un modo per trasformare la CO2 in policarbonati. Plastiche biodegradabili dalla CO2: che pianta!

13:42 Trasformazioni solari: la più entusiasmante. Ci sono persone che stanno imitando il dispositivo di raccolta dell'energia all'interno del batterio viola, i ricercatori dell'ASU. Ancora più interessante, ultimamente, nelle ultime due settimane, si è scoperto che esiste un enzima chiamato idrogenasi in grado di sviluppare idrogeno da protoni ed elettroni, e di assorbirlo – in pratica ciò che accade in una cella a combustibile, nell'anodo di una cella a combustibile e in una cella a combustibile reversibile. Nelle nostre celle a combustibile, lo facciamo con il platino; la vita lo fa con un ferro molto, molto comune. E un team è appena riuscito a imitare quell'idrogenasi che gestisce l'idrogeno. È molto entusiasmante per le celle a combustibile: poterlo fare senza platino.

14:33 Il potere della forma: ecco una balena. Abbiamo visto che le pinne di questa balena presentano dei tubercoli. E quelle piccole protuberanze aumentano effettivamente l'efficienza, ad esempio, del bordo di un aereo – aumentano l'efficienza di circa il 32%. Il che rappresenta un incredibile risparmio di combustibili fossili, se solo lo mettessimo sul bordo di un'ala. Colore senza pigmenti: questo pavone crea colore con la forma. La luce passa attraverso, rimbalza dagli strati; si chiama interferenza a film sottile. Immaginate di poter autoassemblare prodotti con gli ultimi strati che giocano con la luce per creare colore. Immaginate di poter creare una forma all'esterno di una superficie, in modo che si autopulisca con solo acqua. È quello che fa una foglia. Vedete quella foto ravvicinata? Quella è una palla d'acqua, e quelle sono particelle di sporco. E questa è una foto ravvicinata di una foglia di loto. C'è un'azienda che produce un prodotto chiamato Lotusan, che imita il fenomeno in cui, quando la vernice della facciata di un edificio si asciuga, crea le protuberanze di una foglia autopulente e l'acqua piovana pulisce l'edificio.

15:47 L'acqua sarà la nostra grande sfida: placare la sete. Ecco due organismi che estraggono l'acqua. Quello a sinistra è il coleottero namibiano che estrae l'acqua dalla nebbia. Quello a destra è un porcellino di terra: estrae l'acqua dall'aria, non beve acqua dolce. Estrarre l'acqua dalla nebbia di Monterey e dall'aria umida di Atlanta, prima che entri in un edificio, sono tecnologie chiave.

16:19 Le tecnologie di separazione saranno estremamente importanti. Cosa succederebbe se dicessimo basta con l'estrazione di rocce dure? Cosa succederebbe se separassimo i metalli dai flussi di rifiuti, piccole quantità di metalli nell'acqua? È quello che fanno i microbi: chelano i metalli dall'acqua. C'è un'azienda qui a San Francisco chiamata MR3 che sta inserendo imitazioni delle molecole dei microbi nei filtri per estrarre i flussi di rifiuti. La chimica verde è chimica in acqua. Facciamo chimica in solventi organici. Questa è un'immagine delle filiere che escono da un ragno e della seta che si forma da un ragno. Non è bellissimo? La chimica verde sta sostituendo la nostra chimica industriale con il ricettario della natura. Non è facile, perché la vita usa solo un sottoinsieme degli elementi della tavola periodica. E li usiamo tutti, anche quelli tossici. Scoprire le ricette eleganti che prenderebbero quel piccolo sottoinsieme della tavola periodica e creerebbero materiali miracolosi come quella cellula, è il compito della chimica verde.

17:38 Degradazione temporizzata: un imballaggio che rimane buono finché non lo si desidera più e che si dissolve al momento giusto. È come una cozza che si trova nelle acque qui fuori, e i fili che la tengono attaccata a una roccia sono temporizzati: esattamente dopo due anni, iniziano a dissolversi.

17:55 Guarigione: questa è una bella domanda. Quel piccolo tizio laggiù è un tardigrado. C'è un problema con i vaccini in tutto il mondo che non arrivano ai pazienti. E il motivo è che la refrigerazione in qualche modo si interrompe; quella che viene chiamata "catena del freddo" si interrompe. Un tizio di nome Bruce Rosner ha osservato il tardigrado, che si secca completamente, eppure rimane vivo per mesi e mesi e mesi, ed è in grado di rigenerarsi. E ha trovato un modo per essiccare i vaccini, racchiudendoli nello stesso tipo di capsule di zucchero che il tardigrado ha nelle sue cellule, il che significa che i vaccini non hanno più bisogno di essere refrigerati. Possono essere riposti in un vano portaoggetti, ok? Imparare dagli organismi. Questa è una sessione sull'acqua: imparare a conoscere gli organismi che possono fare a meno dell'acqua, per creare un vaccino che duri e duri e duri senza refrigerazione.

19:02 Non arriverò al punto 12. Ma quello che farò è dirvi che la cosa più importante, oltre a tutti questi adattamenti, è il fatto che questi organismi hanno trovato un modo per fare le cose straordinarie che fanno, prendendosi cura del luogo che si prenderà cura della loro prole. Quando sono coinvolti nei preliminari, pensano a qualcosa di molto, molto importante: far sì che il loro materiale genetico rimanga, tra 10.000 generazioni. E questo significa trovare un modo per fare ciò che fanno senza distruggere il luogo che si prenderà cura della loro prole. Questa è la più grande sfida progettuale. Per fortuna, ci sono milioni e milioni di geni disposti a regalarci le loro idee migliori. Buona fortuna a parlare con loro.

20:03 Grazie.

20:04 (Applausi)

20:18Chris Anderson: A proposito di preliminari, dobbiamo arrivare al punto 12, ma molto velocemente.

20:22Janine Benyus: Davvero? CA: Sì. Tipo, sai, tipo la versione da 10 secondi di 10, 11 e 12. Perché noi... le tue slide sono così belle e le idee sono così grandiose, non posso sopportare di lasciarti andare senza vedere 10, 11 e 12.

20:33JB: OK, metti questo... OK, lo tengo in mano. OK, ottimo. OK, quindi questa è la parte sulla guarigione. Percepire e rispondere: il feedback è una cosa enorme. Questa è una locusta. Ce ne possono essere 80 milioni in un chilometro quadrato, eppure non si scontrano tra loro. Eppure abbiamo 3,6 milioni di collisioni automobilistiche all'anno. (Risate) Esatto. C'è una persona a Newcastle che ha capito che si tratta di un neurone molto grande. E sta effettivamente cercando di capire come realizzare un circuito anticollisione basato su questo neurone molto grande nella locusta.

21:13 Questo è un punto fondamentale e importante, il numero 11. E questa è la crescente fertilità. Questo significa, sapete, un'agricoltura a fertilità netta. Dovremmo aumentare la fertilità. E, oh ​​sì, otteniamo anche cibo. Perché dobbiamo aumentare la capacità di questo pianeta di creare sempre più opportunità di vita. E in realtà, è quello che fanno anche altri organismi. Nel complesso, è quello che fanno interi ecosistemi: creano sempre più opportunità di vita. La nostra agricoltura ha fatto l'opposto. Quindi, l'agricoltura basata su come una prateria costruisce il suolo, l'allevamento basato su come una mandria di ungulati autoctoni aumenta effettivamente la salute del pascolo, persino il trattamento delle acque reflue basato su come una palude non solo purifica l'acqua, ma crea anche una produttività incredibilmente brillante.

22:05 Questo è il semplice brief di progettazione. Voglio dire, sembra semplice perché il sistema, in oltre 3,8 miliardi di anni, ha elaborato questo concetto. Cioè, quegli organismi che non sono stati in grado di capire come migliorare o addolcire i loro luoghi, non sono lì per raccontarcelo. Questo è il dodicesimo. La vita – e questo è il trucco segreto; questo è il trucco magico – la vita crea condizioni favorevoli alla vita. Crea il terreno; purifica l'aria; purifica l'acqua; mescola il cocktail di gas di cui tu ed io abbiamo bisogno per vivere. E lo fa mentre si svolgono i preliminari e si soddisfano i loro bisogni. Quindi non si escludono a vicenda. Dobbiamo trovare un modo per soddisfare i nostri bisogni, rendendo questo luogo un Eden.

23:05CA: Janine, grazie mille. (Applausi)