Zaskakujące Lekcje Od inżynierów Natury

To ekscytujące być tutaj na konferencji poświęconej „Inspiracji naturą” – możesz sobie wyobrazić. I jestem również podekscytowany, że jestem w sekcji o grze wstępnej. Czy zauważyłeś, że ta sekcja dotyczy gry wstępnej? Ponieważ mogę mówić o jednym z moich ulubionych stworzeń, czyli perkozie zachodnim. Nie żyłeś, dopóki nie zobaczyłeś, jak te osobniki wykonują swój taniec godowy. Byłem nad jeziorem Bowman w Glacier National Park, które jest długim, wąskim jeziorem z czymś w rodzaju gór do góry nogami, a mój partner i ja mamy muszlę wiosłową. I tak wiosłowaliśmy, i pojawił się jeden z tych perkozów zachodnich. A to, co robią podczas swojego tańca godowego, to idą razem, we dwoje, we dwoje, i zaczynają biec pod wodą. Wiosłują coraz szybciej i szybciej, aż stają się tak szybkie, że dosłownie wynurzają się z wody i stoją wyprostowane, wiosłując po powierzchni wody. I jeden z tych Perkozów pojawił się, gdy wiosłowaliśmy. I tak jesteśmy w czaszce, i poruszamy się naprawdę, naprawdę szybko. I ten Perkoz, myślę, że trochę pomylił nas z kandydatem i zaczął biec wzdłuż wody obok nas, w tańcu godowym — przez wiele mil. Zatrzymywał się, a potem zaczynał, a potem się zatrzymywał, a potem zaczynał. To jest gra wstępna. (Śmiech)

1:46Wtedy byłem tak blisko zmiany gatunku. Oczywiście, życie może nas czegoś nauczyć w dziale rozrywki. Życie ma wiele do nauczenia. Ale dzisiaj chciałbym porozmawiać o tym, czego życie może nas nauczyć w zakresie technologii i projektowania. Od czasu wydania książki — książka dotyczyła głównie badań nad biomimikrą — a od tego czasu architekci, projektanci, inżynierowie — ludzie, którzy tworzą nasz świat — zaczęli dzwonić i mówić: chcemy, żeby biolog usiadł przy stole projektowym, żeby pomógł nam w czasie rzeczywistym się zainspirować. Albo — i to jest dla mnie najfajniejsza część — chcemy, żebyście zabrali nas do świata natury. Przyjdziemy z wyzwaniem projektowym i znajdziemy mistrzów adaptacji w świecie natury, którzy mogą nas zainspirować.

2:40To jest zdjęcie z podróży na Galapagos, którą zrobiliśmy z kilkoma inżynierami zajmującymi się oczyszczaniem ścieków; oni oczyszczają ścieki. A niektórzy z nich byli bardzo oporni, żeby tam być. Na początku powiedzieli nam, że już stosujemy biomimikrę. Używamy bakterii do oczyszczania wody. A my powiedzieliśmy, że to nie jest dokładnie inspirowanie się naturą. To jest bioprzetwarzanie, wiesz; to jest technologia wspomagana biologicznie: wykorzystanie organizmu do oczyszczania ścieków to stara, stara technologia zwana „udomowieniem”. To jest uczenie się czegoś, uczenie się pomysłu od organizmu, a następnie jego stosowanie. I tak wciąż tego nie rozumieli.

3:27Więc poszliśmy na spacer po plaży i powiedziałem, no cóż, dajcie mi jeden z waszych największych problemów. Dajcie mi wyzwanie projektowe, przeszkodę w zrównoważonym rozwoju, która powstrzymuje was od zrównoważonego rozwoju. I powiedzieli, że osadzanie się kamienia, czyli gromadzenie się minerałów wewnątrz rur. I powiedzieli, wiecie, co się dzieje, minerały -- tak jak w waszym domu -- gromadzą się. A potem otwór się zamyka i musimy przepłukać rury toksynami lub musimy je wykopać. Więc gdybyśmy mieli jakiś sposób, aby zatrzymać ten osad -- i tak podniosłem kilka muszelek na plaży. I zapytałem ich, co to jest osadzanie się kamienia? Co jest w waszych rurach? A oni powiedzieli, węglan wapnia. A ja powiedziałem, że to jest to; to jest węglan wapnia.

4:09A oni tego nie wiedzieli. Nie wiedzieli, że muszla jest zbudowana z białek, a następnie jony z wody morskiej krystalizują się w miejscu, tworząc muszlę. Tak więc ten sam proces, bez białek, zachodzi wewnątrz ich rur. Nie wiedzieli. To nie z powodu braku informacji; to brak integracji. Wiecie, to silos, ludzie w silosach. Nie wiedzieli, że dzieje się to samo. Więc jeden z nich pomyślał o tym i powiedział: OK, cóż, jeśli to jest po prostu krystalizacja, która zachodzi automatycznie z wody morskiej -- samoorganizacja -- to dlaczego muszle nie są nieskończone pod względem wielkości? Co powstrzymuje skalowanie? Dlaczego po prostu nie kontynuują? A ja powiedziałem, cóż, w ten sam sposób, w jaki wydzielają białko i rozpoczynają krystalizację -- a potem wszyscy się pochylili -- uwalniają białko, które zatrzymuje krystalizację. Dosłownie przylega do rosnącej powierzchni kryształu. I faktycznie istnieje produkt o nazwie TPA, który naśladuje to białko – to białko zatrzymujące – i jest to przyjazny dla środowiska sposób na zatrzymanie osadzania się kamienia w rurach.

5:26To zmieniło wszystko. Od tamtej pory nie można było już wciągnąć tych inżynierów z powrotem do łodzi. Pierwszego dnia wybrali się na wędrówkę i było: klik, klik, klik, klik. Pięć minut później byli z powrotem w łodzi. Skończyliśmy. Wiecie, widziałem tę wyspę. Po tym wszystkim pełzali po całym świecie. Nurkowali z rurką tak długo, jak pozwalaliśmy im nurkować z rurką. Stało się tak, że zdali sobie sprawę, że istnieją organizmy, które już rozwiązały problemy, nad którymi spędzili swoje kariery, próbując je rozwiązać.

6:05 Poznawanie świata przyrody to jedno; poznawanie świata przyrody — to jest ta zmiana. To jest ta głęboka zmiana. Zrozumieli, że odpowiedzi na ich pytania są wszędzie; musieli tylko zmienić soczewki, przez które patrzyli na świat. 3,8 miliarda lat testów terenowych. 10 do 30 — Craig Venter prawdopodobnie ci powie; myślę, że jest o wiele więcej niż 30 milionów — dobrze dostosowanych rozwiązań. Dla mnie najważniejsze jest to, że są to rozwiązania rozwiązane w kontekście. A kontekstem jest Ziemia — ten sam kontekst, w którym próbujemy rozwiązać nasze problemy. Tak więc jest to świadome naśladowanie geniuszu życia. To nie jest niewolnicze naśladownictwo — chociaż Al próbuje zrobić sobie fryzurę — ​​to nie jest niewolnicze naśladownictwo; to wzięcie zasad projektowania, geniuszu świata przyrody i nauczenie się czegoś z tego.

7:07 Teraz, w grupie z tak wieloma informatykami, muszę wspomnieć o tym, o czym nie będę mówić, a mianowicie, że wasza dziedzina jest taka, która nauczyła się wiele od istot żywych, jeśli chodzi o oprogramowanie. Są więc komputery, które chronią się same, jak układ odpornościowy, a my uczymy się od regulacji genów i rozwoju biologicznego. I uczymy się od sieci neuronowych, algorytmów genetycznych, obliczeń ewolucyjnych. To jest po stronie oprogramowania. Ale co jest dla mnie interesujące, to to, że nie przyjrzeliśmy się temu tak bardzo. Mam na myśli, że te maszyny naprawdę nie są zbyt zaawansowane technologicznie, moim zdaniem, w tym sensie, że w wodzie w Dolinie Krzemowej są dziesiątki i dziesiątki substancji rakotwórczych. Więc sprzęt wcale nie jest na poziomie, jeśli chodzi o to, co życie nazwałoby sukcesem. Więc czego możemy się nauczyć o tworzeniu – nie tylko komputerów, ale wszystkiego? Samolotu, którym przylecieliśmy, samochodów, siedzeń, na których siedzimy. Jak przeprojektować świat, który tworzymy, świat stworzony przez człowieka? A co ważniejsze, o co powinniśmy pytać w ciągu następnych 10 lat? A jest wiele fajnych technologii, które życie ma.

8:25Jaki jest program? Trzy pytania, dla mnie, są kluczowe. Jak życie tworzy rzeczy? To jest przeciwieństwo; tak właśnie tworzymy rzeczy. Nazywa się to podgrzewaniem, ubijaniem i traktowaniem – tak nazywają to materiałoznawcy. I polega to na wycinaniu rzeczy od góry, przy czym 96 procent odpadów pozostaje, a tylko 4 procent produktu. Podgrzewasz to; ubijasz to wysokim ciśnieniem; używasz chemikaliów. OK. Podgrzewasz, ubijasz i traktujesz.

8:53Życie nie może sobie na to pozwolić. Jak życie tworzy rzeczy? Jak życie wykorzystuje rzeczy w pełni? To pyłek geranium. A jego kształt nadaje mu funkcję łatwego koziołkowania w powietrzu. Spójrz na ten kształt. Życie dodaje informacji do materii. Innymi słowy: strukturę. Daje jej informację. Dodając informacje do materii, nadaje jej funkcję, która jest inna niż bez tej struktury. I po trzecie, jak życie sprawia, że ​​rzeczy znikają w systemach? Ponieważ życie tak naprawdę nie zajmuje się rzeczami; nie ma rzeczy w świecie przyrody oderwanych od swoich systemów. Naprawdę szybki program nauczania. Czytając coraz więcej i śledząc historię, widzę, że w naukach biologicznych pojawiają się niesamowite rzeczy. Jednocześnie słucham wielu firm i odkrywam, jakie są ich wielkie wyzwania. Te dwie grupy nie rozmawiają ze sobą. W ogóle.

10:11Co w świecie biologii mogłoby być pomocne w tym momencie, aby pomóc nam wydostać się z tego rodzaju ewolucyjnego zamętu, w którym jesteśmy? Postaram się przejść przez 12, naprawdę szybko.

10:23Jednym z ekscytujących dla mnie jest samoorganizacja. Teraz słyszeliście o tym w kontekście nanotechnologii. Wracając do muszli: muszla jest materiałem samoorganizującym się. W lewym dolnym rogu znajduje się zdjęcie masy perłowej formującej się z wody morskiej. To struktura warstwowa, która składa się z minerału, a następnie polimeru, co czyni ją bardzo, bardzo wytrzymałą. Jest dwa razy wytrzymalsza od naszej zaawansowanej technologicznie ceramiki. Ale co jest naprawdę interesujące: w przeciwieństwie do naszej ceramiki, która jest w piecach, dzieje się to w wodzie morskiej. Dzieje się to w pobliżu, w i blisko ciała organizmu. To jest Sandia National Labs. Facet o imieniu Jeff Brinker znalazł sposób na samoorganizujący się proces kodowania. Wyobraź sobie, że możesz wytwarzać ceramikę w temperaturze pokojowej, po prostu zanurzając coś w cieczy, wyjmując to z cieczy i zmuszając parowanie do połączenia cząsteczek w cieczy, tak aby połączyły się ze sobą w taki sam sposób, w jaki działa ta krystalizacja. Wyobraź sobie, że wszystkie nasze twarde materiały powstają w ten sposób. Wyobraź sobie, że prekursory ogniwa fotowoltaicznego, ogniwa słonecznego, są rozpylane na dachu i samoczynnie montowane w warstwową strukturę, która zbiera światło.

11:43Oto coś interesującego dla świata IT: biokrzem. To okrzemka, która składa się z krzemianów. A więc krzem, który produkujemy teraz — jest częścią naszego problemu rakotwórczego w produkcji naszych chipów — to proces biomineralizacji, który jest teraz naśladowany. To jest na UC Santa Barbara. Spójrz na te okrzemki. To z pracy Ernsta Haeckela. Wyobraź sobie, że możesz — i znowu, to jest proces szablonowy, a on krzepnie z procesu ciekłego — wyobraź sobie, że możesz mieć taką strukturę wychodzącą w temperaturze pokojowej. Wyobraź sobie, że możesz wytwarzać idealne soczewki. Po lewej, to jest krucha gwiazda; jest pokryta soczewkami, które ludzie z Lucent Technologies odkryli, że nie mają żadnych zniekształceń. To jedna z najbardziej pozbawionych zniekształceń soczewek, jakie znamy. I jest ich wiele, na całym ciele. Co ciekawe, znowu, składa się sama. Kobieta o imieniu Joanna Aizenberg z Lucent uczy się teraz, jak to robić w procesie niskotemperaturowym, aby tworzyć tego typu soczewki. Przygląda się również światłowodom. To gąbka morska, która ma światłowód. W samym jej dnie znajdują się światłowody, które działają lepiej niż nasze, w rzeczywistości, aby przesuwać światło, ale można je zawiązać w węzeł; są niesamowicie elastyczne.

13:13Oto kolejny świetny pomysł: CO2 jako surowiec. Facet o nazwisku Geoff Coates, z Cornell, powiedział sobie, wiesz, rośliny nie widzą CO2 jako największej trucizny naszych czasów. My tak to postrzegamy. Rośliny są zajęte tworzeniem długich łańcuchów skrobi i glukozy, prawda, z CO2. Znalazł sposób — znalazł katalizator — i znalazł sposób, aby pobrać CO2 i przekształcić go w poliwęglany. Biodegradowalne tworzywa sztuczne z CO2 — jak bardzo przypominają rośliny.

13:42Przemiany słoneczne: najbardziej ekscytujące. Są ludzie, którzy naśladują urządzenie do pozyskiwania energii wewnątrz fioletowej bakterii, ludzie z ASU. Co jeszcze ciekawsze, ostatnio, w ciągu ostatnich kilku tygodni, ludzie zauważyli, że istnieje enzym zwany hydrogenazą, który jest w stanie wytworzyć wodór z protonów i elektronów i jest w stanie pobierać wodór -- zasadniczo to, co dzieje się w ogniwie paliwowym, w anodzie ogniwa paliwowego i w odwracalnym ogniwie paliwowym. W naszych ogniwach paliwowych robimy to z platyną; życie robi to z bardzo, bardzo powszechnym żelazem. I zespół był w stanie naśladować tę żonglującą wodorem hydrogenazę. To bardzo ekscytujące dla ogniw paliwowych -- móc to zrobić bez platyny.

14:33Moc kształtu: oto wieloryb. Widzieliśmy, że płetwy tego wieloryba mają guzki. A te małe wypukłości faktycznie zwiększają wydajność, na przykład na krawędzi samolotu — zwiększają wydajność o około 32 procent. To niesamowite oszczędności paliw kopalnych, gdybyśmy umieścili to po prostu na krawędzi skrzydła. Kolor bez pigmentów: ten paw tworzy kolor za pomocą kształtu. Światło przechodzi, odbija się od warstw; to się nazywa interferencja cienkich warstw. Wyobraź sobie, że możesz samodzielnie składać produkty, przy czym ostatnie kilka warstw bawi się światłem, aby tworzyć kolor. Wyobraź sobie, że możesz stworzyć kształt na zewnątrz powierzchni, tak aby sama się oczyściła samą wodą. To właśnie robi liść. Widzisz to zdjęcie z bliska? To kula wody, a to cząsteczki brudu. A to zdjęcie z bliska liścia lotosu. Istnieje firma produkująca produkt o nazwie Lotusan, który imituje – gdy farba na elewacji budynku wysycha, naśladuje nierówności na samoczyszczącym się liściu, a woda deszczowa czyści budynek.

15:47 Woda będzie naszym wielkim, wspaniałym wyzwaniem: gaszenie pragnienia. Oto dwa organizmy, które pobierają wodę. Ten po lewej to namibijski chrząszcz, który wyciąga wodę z mgły. Ten po prawej to stonoga — wyciąga wodę z powietrza, nie pije świeżej wody. Wyciąganie wody z mgły Monterey i ze spoconego powietrza w Atlancie, zanim dostanie się do budynku, to kluczowe technologie.

16:19Technologie separacji będą niezwykle ważne. Co jeśli mielibyśmy powiedzieć, koniec z wydobyciem twardych skał? Co jeśli mielibyśmy oddzielić metale od strumieni odpadów, małe ilości metali w wodzie? To właśnie robią mikroby; chelatują metale z wody. Jest firma tutaj w San Francisco o nazwie MR3, która osadza imitacje cząsteczek mikrobów na filtrach, aby wydobywać strumienie odpadów. Zielona chemia to chemia w wodzie. Zajmujemy się chemią w rozpuszczalnikach organicznych. To jest zdjęcie dysz przędzalniczych wychodzących z pająka i jedwabiu formowanego z pająka. Czy to nie piękne? Zielona chemia zastępuje naszą chemię przemysłową książką przepisów natury. To nie jest łatwe, ponieważ życie wykorzystuje tylko podzbiór pierwiastków z układu okresowego. A wykorzystujemy je wszystkie, nawet te toksyczne. Zadaniem zielonej chemii jest opracowanie eleganckich receptur, które z niewielkiego podzbioru układu okresowego pozwoliłyby na stworzenie cudownych materiałów, takich jak ta komórka.

17:38Degradacja czasowa: opakowanie, które jest dobre, dopóki nie chcesz, żeby było dobre, i rozpuszcza się na zawołanie. To małż, którego można znaleźć w wodach tutaj, a nici, które trzymają go na skale, są czasowe; dokładnie po dwóch latach zaczynają się rozpuszczać.

17:55Leczenie: to jest dobre. Ten mały gość tam to tardigrada. Na całym świecie jest problem ze szczepionkami, które nie docierają do pacjentów. A powodem jest to, że chłodzenie w jakiś sposób zostaje przerwane; to, co nazywa się „łańcuchem chłodniczym”, zostaje przerwane. Facet o nazwisku Bruce Rosner przyjrzał się tardigradowi — który całkowicie wysycha, a mimo to pozostaje żywy przez wiele miesięcy i miesięcy i jest w stanie się regenerować. I znalazł sposób na wysuszenie szczepionek — umieszczając je w takich samych kapsułkach cukru, jakie tardigrad ma w swoich komórkach — co oznacza, że ​​szczepionki nie muszą być już przechowywane w lodówce. Można je umieścić w schowku na rękawiczki, OK. Nauka od organizmów. To sesja o wodzie — nauka o organizmach, które mogą obyć się bez wody, aby stworzyć szczepionkę, która trwa, trwa i trwa bez chłodzenia.

19:02Nie dojdę do 12. Ale powiem wam, że najważniejszą rzeczą, oprócz wszystkich tych adaptacji, jest fakt, że te organizmy znalazły sposób na robienie niesamowitych rzeczy, które robią, dbając jednocześnie o miejsce, które zajmie się ich potomstwem. Kiedy są zaangażowane w grę wstępną, myślą o czymś bardzo, bardzo ważnym — a mianowicie o tym, aby ich materiał genetyczny pozostał, 10 000 pokoleń od teraz. A to oznacza znalezienie sposobu na robienie tego, co robią, bez niszczenia miejsca, które zajmie się ich potomstwem. To największe wyzwanie projektowe. Na szczęście są miliony i miliony geniuszy, którzy chcą obdarować nas swoimi najlepszymi pomysłami. Powodzenia w rozmowie z nimi.

20:03Dziękuję.

20:04(Oklaski)

20:18Chris Anderson: Jeśli chodzi o grę wstępną, musimy dojść do 12, ale naprawdę szybko.

20:22Janine Benyus: Naprawdę? CA: Tak. Tak jak, wiesz, 10-sekundowa wersja 10, 11 i 12. Ponieważ my po prostu -- twoje slajdy są tak wspaniałe, a pomysły tak wielkie, nie mogę pozwolić ci zejść bez obejrzenia 10, 11 i 12.

20:33JB: OK, połóż to -- OK, po prostu przytrzymam tę rzecz. OK, świetnie. OK, więc to jest ta lecznicza. Wyczuwanie i reagowanie: sprzężenie zwrotne jest ogromną rzeczą. To szarańcza. Może być ich 80 milionów na kilometrze kwadratowym, a mimo to nie zderzają się ze sobą. A mimo to mamy 3,6 miliona kolizji samochodowych rocznie. (Śmiech) Tak. Jest osoba w Newcastle, która odkryła, że ​​to bardzo duży neuron. I ona faktycznie odkrywa, jak stworzyć obwód zapobiegający kolizjom oparty na tym bardzo dużym neuronie w szarańczy.

21:13To jest ogromna i ważna sprawa, numer 11. I to jest rosnąca płodność. To oznacza, wiesz, rolnictwo oparte na płodności netto. Powinniśmy zwiększać płodność. I, o tak – otrzymujemy również żywność. Ponieważ musimy zwiększać zdolność tej planety do tworzenia coraz większej liczby możliwości życia. I tak naprawdę, to samo robią inne organizmy. W sumie to samo robią całe ekosystemy: tworzą coraz większą liczbę możliwości życia. Nasze rolnictwo zrobiło coś przeciwnego. Tak więc rolnictwo oparte na tym, jak preria buduje glebę, hodowla oparta na tym, jak rodzime stado kopytnych faktycznie zwiększa zdrowie pastwiska, nawet oczyszczanie ścieków oparte na tym, jak bagna nie tylko oczyszczają wodę, ale także tworzą niesamowicie lśniącą produktywność.

22:05To jest prosty zarys projektu. Mam na myśli, że wygląda prosto, ponieważ system, przez ponad 3,8 miliarda lat, to rozpracował. To znaczy, te organizmy, które nie były w stanie wymyślić, jak ulepszyć lub uatrakcyjnić swoje miejsca, nie istnieją, aby nam o tym powiedzieć. To jest dwunasty. Życie — i to jest tajemna sztuczka; to jest magiczna sztuczka — życie stwarza warunki sprzyjające życiu. Buduje glebę; oczyszcza powietrze; oczyszcza wodę; miesza koktajl gazów, których ty i ja potrzebujemy do życia. I robi to w trakcie wspaniałej gry wstępnej i zaspokajania ich potrzeb. Więc to się wzajemnie nie wyklucza. Musimy znaleźć sposób na zaspokojenie naszych potrzeb, jednocześnie czyniąc z tego miejsca Eden.

23:05CA: Janine, bardzo dziękuję. (Oklaski)