לקחים מפתיעים ממהנדסי הטבע

זה מרגש להיות כאן בכנס שמוקדש ל"השראה מהטבע" - אתם יכולים לתאר לעצמכם. ואני גם נרגש להיות בקטע של משחק מקדים. שמתם לב שהקטע הזה הוא משחק מקדים? כי יוצא לי לדבר על אחד מהיצורים האהובים עליי, הלא הוא הגרב המערבי. לא חיית עד שראית את הבחורים האלה עושים את ריקוד החיזור שלהם. הייתי באגם באומן בפארק הלאומי גליישר, שהוא אגם ארוך וצנום עם סוג של הרים הפוכים בתוכו, ולבן זוגי ולי יש מעטפת חתירה. וכך חתרנו, ואחד מהגרבים המערביים האלה הגיע. ומה שהם עושים לריקוד החיזור שלהם זה שהם הולכים ביחד, שניהם, שני בני הזוג, והם מתחילים לרוץ מתחת למים. הם חותרים מהר יותר, ויותר מהר, ומהר יותר, עד שהם הולכים כל כך מהר שהם ממש מתרוממים מהמים, והם עומדים זקופים, סוג של חותרים על החלק העליון של המים. ואחד מהגרבים האלה הגיע בזמן שחתרנו. אז אנחנו בגולגולת, ואנחנו מתקדמים ממש ממש מהר. והגרב הזה, אני חושב, בערך, טעה בנו כלקוח פוטנציאלי, והתחיל לרוץ לאורך המים שלידנו, בריקוד חיזור - לאורך קילומטרים. זה היה מפסיק, ואז מתחיל, ואז עוצר, ואז מתחיל. עכשיו זה משחק מקדים. (צְחוֹק)

1:46 הגעתי כל כך קרוב לשינוי מין באותו רגע. ברור שהחיים יכולים ללמד אותנו משהו במדור הבידור. לחיים יש הרבה מה ללמד אותנו. אבל מה שהייתי רוצה לדבר עליו היום זה מה שהחיים עשויים ללמד אותנו בטכנולוגיה ובעיצוב. מה שקרה מאז שהספר יצא - הספר עסק בעיקר במחקר בביומימיקה - ומה שקרה מאז הוא שאדריכלים, מעצבים, מהנדסים - אנשים שעושים את העולם שלנו - התחילו להתקשר ולומר, אנחנו רוצים ביולוג שיישב ליד שולחן העיצוב שיעזור לנו, בזמן אמת, לקבל השראה. או -- וזה החלק המהנה עבורי -- אנחנו רוצים שתוציאו אותנו אל העולם הטבעי. נבוא עם אתגר עיצובי ונמצא את המתאמים האלופים בעולם הטבע, שעשויים לעורר בנו השראה.

2:40 אז זו תמונה מטיול בגלפגוס שצילמנו עם כמה מהנדסי טיפול בשפכים; הם מטהרים שפכים. וחלקם היו מאוד עמידים, למעשה, להיות שם. מה שאמרו לנו בהתחלה זה, אתה יודע, אנחנו כבר עושים ביומימיקה. אנו משתמשים בחיידקים כדי לנקות את המים שלנו. ואמרנו, טוב, זה לא בדיוק בהשראת הטבע. זה עיבוד ביולוגי, אתה יודע; זו טכנולוגיה בסיוע ביו: שימוש באורגניזם כדי לבצע טיפול בשפכים הוא טכנולוגיה ישנה וישנה שנקראת "ביות". זה ללמוד משהו, ללמוד רעיון, מאורגניזם ואז ליישם אותו. ולכן הם עדיין לא קיבלו את זה.

3:27 אז הלכנו לטייל על החוף ואמרתי, טוב, תן לי את אחת הבעיות הגדולות שלך. תן לי אתגר עיצובי, קוצר מהירות קיימות, שמונע ממך להיות בר קיימא. והם אמרו קנה מידה, שזה הצטברות של מינרלים בתוך צינורות. והם אמרו, אתה יודע מה שקורה הוא, מינרלים - בדיוק כמו בבית שלך - מינרלים מצטברים. ואז הפתח נסגר, ואנחנו צריכים לשטוף את הצינורות עם רעלים, או שאנחנו צריכים לחפור אותם. אז אם הייתה לנו דרך לעצור את קנה המידה הזה -- וכך הרמתי כמה פגזים על החוף. ושאלתי אותם, מה זה קנה מידה? מה יש בתוך הצינורות שלך? והם אמרו, סידן פחמתי. ואני אמרתי, זה מה שזה; זה סידן פחמתי.

4:09 והם לא ידעו את זה. הם לא ידעו שמה זה צדף, הוא מעוצב על ידי חלבונים, ואז יונים ממי הים מתגבשים במקום ויוצרים קליפה. אז אותו סוג של תהליך, בלי החלבונים, מתרחש בחלק הפנימי של הצינורות שלהם. הם לא ידעו. זה לא מחוסר מידע; זה חוסר אינטגרציה. אתה יודע, זה ממגורה, אנשים בממגורות. הם לא ידעו שאותו דבר קורה. אז אחד מהם חשב על זה ואמר, בסדר, ובכן, אם זו רק התגבשות שמתרחשת אוטומטית מתוך מי ים -- הרכבה עצמית -- אז מדוע אין קונכיות אינסופיות בגודלן? מה עוצר את קנה המידה? למה הם לא פשוט ממשיכים? ואני אמרתי, ובכן, באותה צורה שהם מפרישים חלבון וזה מתחיל את ההתגבשות -- ואז כולם די נשענו פנימה -- הם משחררים חלבון שעוצר את ההתגבשות. זה ממש נצמד לפנים הגדלים של הגביש. ולמעשה, יש מוצר שנקרא TPA שמחקה את החלבון הזה - החלבון המפסיק - וזו דרך ידידותית לסביבה להפסיק את האבנית בצינורות.

5:26 זה שינה הכל. מכאן ואילך, לא יכולת להחזיר את המהנדסים האלה לסירה. ביום הראשון הם היו יוצאים לטיול, וזה היה, קליק, קליק, קליק, קליק. חמש דקות אחר כך הם היו בחזרה בסירה. סיימנו. אתה יודע, ראיתי את האי הזה. אחרי זה, הם זחלו לכל עבר. הם היו שנרקל כל עוד היינו נותנים להם לשנרקל. מה שקרה זה שהם הבינו שיש אורגניזמים בחוץ שכבר פתרו את הבעיות שהם השקיעו את הקריירה שלהם בניסיון לפתור.

6:05 ללמוד על עולם הטבע זה דבר אחד; ללמוד מהעולם הטבעי -- זה המעבר. זה המעבר העמוק. מה שהם הבינו זה שהתשובות לשאלות שלהם נמצאות בכל מקום; הם רק היו צריכים לשנות את העדשות שבהן הם ראו את העולם. 3.8 מיליארד שנים של ניסויים בשטח. 10 עד 30 -- קרייג ונטר בטח יגיד לך; אני חושב שיש הרבה יותר מ-30 מיליון -- פתרונות מותאמים היטב. הדבר החשוב עבורי הוא שאלה פתרונות שנפתרו בהקשר. וההקשר הוא כדור הארץ - אותו הקשר שבו אנחנו מנסים לפתור את הבעיות שלנו. אז זה החיקוי המודע של גאונות החיים. זה לא חיקוי סלאבי - למרות שאל מנסה להפעיל את התסרוקת - זה לא חיקוי סלאבי; זה לקחת את עקרונות העיצוב, את הגאונות של עולם הטבע, וללמוד מזה משהו.

7:07 עכשיו, בקבוצה עם כל כך הרבה אנשי IT, אני חייב להזכיר את מה שאני לא הולך לדבר עליו, וזה שהתחום שלך הוא אחד שלמד כמות עצומה מיצורים חיים, בצד התוכנה. אז יש מחשבים שמגנים על עצמם, כמו מערכת חיסון, ואנחנו לומדים מוויסות גנים והתפתחות ביולוגית. ואנחנו לומדים מרשתות עצביות, אלגוריתמים גנטיים, מחשוב אבולוציוני. זה בצד התוכנה. אבל מה שמעניין אותי זה שלא הסתכלנו על זה כל כך הרבה. אני מתכוון, המכונות האלה ממש לא היי-טקיות להערכתי במובן זה שיש עשרות ועשרות חומרים מסרטנים במים בעמק הסיליקון. אז החומרה לא עומדת בכלל במונחים של מה שהחיים יקרא הצלחה. אז מה אנחנו יכולים ללמוד על ייצור -- לא רק מחשבים, אלא הכל? המטוס אליו נכנסת, מכוניות, המושבים שאתה יושב עליהם. כיצד אנו מעצבים מחדש את העולם שאנו יוצרים, העולם מעשה ידי אדם? חשוב מכך, מה עלינו לשאול ב-10 השנים הבאות? ויש הרבה טכנולוגיות מגניבות שיש בחיים.

8:25 מה הסילבוס? שלוש שאלות, עבורי, הן המפתח. איך החיים יוצרים דברים? זה ההפך; ככה אנחנו יוצרים דברים. זה נקרא חום, היכה וטפל - כך קוראים לזה מדעני חומר. וזה מגלף דברים מלמעלה, עם 96 אחוז פסולת שנותרו ורק 4 אחוז מוצר. אתה מחמם את זה; אתה מנצח אותו בלחצים גבוהים; אתה משתמש בכימיקלים. בְּסֵדֶר. לחמם, להכות ולטפל.

8:53 החיים לא יכולים להרשות לעצמם לעשות את זה. איך החיים יוצרים דברים? איך החיים מפיקים את המרב מהדברים? זה אבקת גרניום. וצורתו היא מה שנותן לו את הפונקציה להיות מסוגל לצלול באוויר כל כך בקלות. תראה את הצורה הזאת. החיים מוסיפים מידע לחומר. במילים אחרות: מבנה. זה נותן לזה מידע. על ידי הוספת מידע לחומר, זה נותן לו פונקציה שונה מאשר ללא המבנה הזה. ושלישית, איך החיים גורמים לדברים להיעלם למערכות? כי החיים לא באמת עוסקים בדברים; אין דברים בעולם הטבע מנותקים מהמערכות שלהם. סילבוס ממש מהיר. כשאני קורא יותר ויותר עכשיו, ועוקב אחר הסיפור, יש כמה דברים מדהימים שצצים במדעי הביולוגיה. ובו בזמן, אני מקשיב להרבה עסקים ומגלה מהם האתגרים הגדולים שלהם. שתי הקבוצות לא מדברות ביניהן. בִּכלָל.

10:11 מה בעולם הביולוגיה עשוי להיות מועיל בצומת זה, כדי להעביר אותנו דרך סוג זה של חור קשר אבולוציוני שאנו נמצאים בו? אני אנסה לעבור את 12, ממש מהר.

10:23 אחד שמרגש אותי הוא הרכבה עצמית. עכשיו, שמעת על זה במונחים של ננוטכנולוגיה. בחזרה למעטפת ההיא: המעטפת היא חומר להרכבה עצמית. בצד שמאל למטה יש תמונה של אם הפנינה שנוצרת ממי ים. זה מבנה שכבות שהוא מינרלי ואחר כך פולימר, וזה עושה אותו מאוד מאוד קשה. זה קשה פי שניים מהקרמיקה ההיי-טקית שלנו. אבל מה שבאמת מעניין: בניגוד לקרמיקה שלנו שנמצאת בכבשנים, זה קורה במי ים. זה קורה ליד הגוף של האורגניזם ובקרבתו. זה Sandia National Labs. בחור בשם ג'ף ברינקר מצא דרך לקיים תהליך קידוד בהרכבה עצמית. תארו לעצמכם שאתם מסוגלים לייצר קרמיקה בטמפרטורת החדר פשוט על ידי טבילת משהו בנוזל, הרמתו מהנוזל, ושהמולקולות בנוזל כוחות אידוי יחדיו, כך שהן יספרו יחד באותו אופן שבו התגבשות זו פועלת. תאר לעצמך ליצור את כל החומרים הקשים שלנו בצורה כזו. דמיינו לעצמכם ריסוס של הפרקורסורים לתא PV, לתא סולארי, על גג, והרכבה עצמית למבנה שכבות הקוצר אור.

11:43 הנה אחד מעניין עבור עולם ה-IT: ביו-סיליקון. זהו דיאטום, העשוי מסיליקטים. ולכן הסיליקון, שאנו מייצרים כרגע -- זה חלק מהבעיה המסרטנת שלנו בייצור השבבים שלנו -- זהו תהליך ביו-מינרליזציה שעכשיו מחקים אותו. זה באוניברסיטת סנטה ברברה. תראה את הדיאטומים האלה. זה מעבודתו של ארנסט האקל. תארו לעצמכם את היכולת -- ושוב, זהו תהליך בתבנית, והוא מתמצק מתהליך נוזלי -- לדמיין את היכולת לקבל מבנה כזה יוצא בטמפרטורת החדר. תאר לעצמך שאתה יכול ליצור עדשות מושלמות. משמאל, זהו כוכב שביר; הוא מכוסה בעדשות שאנשי לוסנט טכנולוגיות מצאו שאין להן עיוות כלשהו. זו אחת העדשות הכי נטולות עיוותים שאנחנו מכירים. ויש הרבה מהם, בכל הגוף שלו. מה שמעניין, שוב, זה שהוא מורכב מעצמו. אישה בשם ג'ואנה אייזנברג, בלוסנט, לומדת כעת לעשות זאת בתהליך בטמפרטורה נמוכה כדי ליצור עדשות מסוג זה. היא גם בוחנת סיבים אופטיים. זה ספוג ים שיש לו סיב אופטי. ממש בבסיסו, יש סיבים אופטיים שעובדים טוב יותר משלנו, למעשה, להזיז אור, אבל אתה יכול לקשור אותם בקשר; הם גמישים להפליא.

13:13 הנה עוד רעיון גדול: CO2 כחומר הזנה. בחור בשם ג'ף קוטס, בקורנל, אמר לעצמו, אתה יודע, צמחים לא רואים ב-CO2 את הרעל הגדול ביותר של זמננו. אנחנו רואים את זה ככה. צמחים עסוקים ביצירת שרשראות ארוכות של עמילנים וגלוקוז, נכון, מתוך CO2. הוא מצא דרך -- הוא מצא זרז -- והוא מצא דרך לקחת CO2 ולהפוך אותו לפוליקרבונטים. פלסטיק מתכלה מתוך CO2 - כמה צמח.

13:42 טרנספורמציות שמש: המרגשת ביותר. יש אנשים שמחקים את מכשיר איסוף האנרגיה בתוך החיידק הסגול, האנשים ב-ASU. מעניין עוד יותר, לאחרונה, בשבועיים האחרונים, אנשים ראו שיש אנזים בשם הידרוגאז שמסוגל לפתח מימן מפרוטונים ואלקטרונים, ומסוגל לקלוט מימן - בעצם מה שקורה בתא דלק, באנודה של תא דלק ובתא דלק הפיך. בתאי הדלק שלנו, אנחנו עושים את זה עם פלטינה; החיים עושים את זה עם ברזל מאוד מאוד נפוץ. וצוות הצליח עכשיו לחקות את ההידרוגאז המלהטט במימן. זה מאוד מרגש עבור תאי דלק -- להיות מסוגלים לעשות זאת ללא פלטינה.

14:33 כוח הצורה: הנה לוויתן. ראינו שלסנפירים של הלוויתן הזה יש פקעות. והגבשושיות הקטנות הללו למעשה מגדילות את היעילות, למשל, בקצה של מטוס -- מגדילות את היעילות בכ-32 אחוזים. שזה חיסכון מדהים בדלק מאובנים, אם רק היינו שמים את זה על קצה הכנף. צבע ללא פיגמנטים: הטווס הזה יוצר צבע עם צורה. אור חודר, הוא קופץ מהשכבות; זה נקרא התערבות סרט דק. דמיינו את היכולת להרכיב מוצרים בעצמכם כשהשכבות האחרונות משחקות באור כדי ליצור צבע. תארו לעצמכם שאתם יכולים ליצור צורה בצד החיצוני של משטח, כך שהוא יתנקה מעצמו עם מים בלבד. זה מה שעושה עלה. רואים את התמונה הזו מקרוב? זה כדור מים, ואלה הם חלקיקי לכלוך. וזו תמונה מקרוב של עלה לוטוס. יש חברה המייצרת מוצר בשם Lotusan, שמחקה - כאשר צבע חזית הבניין מתייבש, הוא מחקה את הבליטות בעלה המתנקה מעצמו, ומי גשמים מנקים את הבניין.

15:47 מים הולכים להיות האתגר הגדול והגדול שלנו: להרוות צימאון. הנה שני אורגניזמים שמושכים מים. האחד משמאל הוא החיפושית הנמיביה ששולפת מים מהערפל. זה מימין הוא חיידק גלולות -- שולף מים מהאוויר, לא שותה מים מתוקים. שליפת מים מתוך ערפל מונטריי ומהאוויר המיוזע באטלנטה, לפני שהם נכנסים לבניין, הן טכנולוגיות מפתח.

16:19 טכנולוגיות ההפרדה הולכות להיות חשובות ביותר. מה אם היינו אומרים, לא עוד כריית סלעים קשים? מה אם היינו מפרידים מתכות מזרמי פסולת, כמויות קטנות של מתכות במים? זה מה שמיקרובים עושים; הם מטילים מתכות מהמים. יש חברה כאן בסן פרנסיסקו בשם MR3 שמטמיעה חיקויים של מולקולות החיידקים על מסננים כדי לכרות זרמי פסולת. כימיה ירוקה היא כימיה במים. אנחנו עושים כימיה בממסים אורגניים. זוהי תמונה של הספינרים היוצאים מעכביש והמשי נוצר מעכביש. נכון שזה יפה? כימיה ירוקה מחליפה את הכימיה התעשייתית שלנו בספר המתכונים של הטבע. זה לא קל, כי החיים משתמשים רק בתת-קבוצה של היסודות בטבלה המחזורית. ואנחנו משתמשים בכולם, אפילו הרעילים שבהם. להבין את המתכונים האלגנטיים שיקחו את תת-הקבוצה הקטנה של הטבלה המחזורית, ויצרו חומרי פלא כמו התא הזה, זו המשימה של כימיה ירוקה.

17:38 השפלה מתוזמנת: אריזה שהיא טובה עד שלא תרצה שהיא תהיה טובה יותר, ומתמוססת בסימן. זה מולה שאתה יכול למצוא במים כאן בחוץ, והחוטים המחזיקים אותו לסלע מתוזמן; בעוד שנתיים בדיוק, הם מתחילים להתמוסס.

17:55 ריפוי: זה טוב. הבחור הקטן הזה שם הוא דירוג. יש בעיה עם חיסונים ברחבי העולם שלא מגיעים לחולים. והסיבה היא שהקירור איכשהו נשבר; מה שנקרא "שרשרת הקור" נשבר. בחור בשם ברוס רוזנר הסתכל על הטארדיגרד -- שמתייבש לחלוטין, ובכל זאת נשאר בחיים חודשים חודשים וחודשים, ומסוגל להתחדש. והוא מצא דרך לייבש חיסונים - לעטוף אותם באותו סוג של כמוסות סוכר כמו שיש לטרדיגרד בתוך התאים שלה - כלומר, חיסונים כבר לא צריכים להיות בקירור. אפשר לשים אותם בתא כפפות, בסדר. למידה מאורגניזמים. זהו מפגש על מים -- למידה על אורגניזמים שיכולים להסתדר בלי מים, על מנת ליצור חיסון שמחזיק מעמד ומחזיק מעמד ללא קירור.

19:02 אני לא מתכוון להגיע ל-12. אבל מה שאני הולך לעשות זה להגיד לך שהדבר הכי חשוב, מלבד כל ההתאמות האלה, הוא העובדה שהאורגניזמים האלה מצאו דרך לעשות את הדברים המדהימים שהם עושים תוך כדי טיפול במקום שיטפל בצאצאים שלהם. כשהם מעורבים במשחק מקדים, הם חושבים על משהו מאוד מאוד חשוב - וזה שהחומר הגנטי שלהם יישאר, בעוד 10,000 דורות מהיום. וזה אומר למצוא דרך לעשות את מה שהם עושים מבלי להרוס את המקום שיטפל בצאצאים שלהם. זה האתגר העיצובי הגדול ביותר. למרבה המזל, ישנם מיליונים ומיליוני גאונים שמוכנים לתת לנו את הרעיונות הטובים ביותר שלהם. בהצלחה בשיחה איתם.

20:03 תודה.

20:04 (מחיאות כפיים)

20:18 כריס אנדרסון: מדברים על משחק מקדים, אני -- אנחנו צריכים להגיע ל-12, אבל ממש מהר.

20:22 ג'נין בניוס: נו באמת? CA: כן. בדיוק כמו, אתה יודע, כמו הגרסה של 10 שניות של 10, 11 ו-12. בגלל שאנחנו פשוט -- השקופיות שלך כל כך מדהימות, והרעיונות כל כך גדולים, אני לא יכול לסבול לתת לך לרדת בלי לראות את 10, 11 ו-12.

20:33JB: בסדר, שים את זה -- בסדר, אני רק אחזיק את הדבר הזה. בסדר, נהדר. בסדר, אז זה המרפא. חשים ומגיבים: משוב הוא דבר ענק. זהו ארבה. יכולים להיות 80 מיליון מהם בקילומטר רבוע, ובכל זאת הם לא מתנגשים זה בזה. ובכל זאת יש לנו 3.6 מיליון התנגשויות מכוניות בשנה. (צחוק) נכון. יש אדם בניוקאסל שהבין שזה נוירון גדול מאוד. והיא בעצם מבינה איך ליצור מעגל הימנעות מהתנגשות המבוסס על הנוירון הגדול מאוד הזה בארבה.

21:13 זהו אחד ענק וחשוב, מספר 11. וזו הפוריות הגוברת. זה אומר, אתה יודע, חקלאות פוריות נטו. אנחנו צריכים לגדל פוריות. וכן, גם אנחנו מקבלים אוכל. מכיוון שעלינו להגדיל את היכולת של הפלנטה הזו ליצור עוד ועוד הזדמנויות לחיים. ובאמת, זה מה שעושים גם אורגניזמים אחרים. באנסמבל, זה מה שמערכות אקולוגיות שלמות עושות: הן יוצרות עוד ועוד הזדמנויות לחיים. החקלאות שלנו עשתה את ההיפך. אז, חקלאות המבוססת על האופן שבו ערבה בונה אדמה, חוואות המבוססת על האופן שבו עדר דופי ילידים למעשה מגביר את בריאות התחום, אפילו טיפול בשפכים המבוסס על האופן שבו ביצה לא רק מנקה את המים, אלא יוצרת פרודוקטיביות נוצצת להפליא.

22:05 זהו תקציר העיצוב הפשוט. כלומר, זה נראה פשוט כי המערכת, במשך 3.8 מיליארד שנים, הצליחה לפתור את זה. כלומר, אותם אורגניזמים שלא הצליחו להבין איך לשפר או להמתיק את המקומות שלהם, לא נמצאים בסביבה כדי לספר לנו על כך. זה ה-12. החיים -- וזה הטריק הסודי; זהו טריק הקסם - החיים יוצרים תנאים מתאימים לחיים. זה בונה אדמה; זה מנקה אוויר; זה מנקה מים; הוא מערבב את קוקטייל הגזים שאתה ואני צריכים כדי לחיות. וזה עושה את זה באמצע משחק מקדים נהדר ועונה על הצרכים שלהם. אז זה לא סותר זה את זה. עלינו למצוא דרך לענות על הצרכים שלנו, תוך הפיכת המקום הזה לעדן.

23:05CA: ג'נין, תודה רבה. (תְשׁוּאוֹת)