Удивительные уроки от инженеров природы

Это волнение быть здесь на конференции, которая посвящена «Вдохновлено природой» — можете себе представить. И я также взволнован тем, что нахожусь в секции прелюдий. Вы заметили, что эта секция — прелюдия? Потому что я могу рассказать об одном из моих любимых существ, о западной поганке. Вы не жили, пока не видели, как эти ребята исполняют свой брачный танец. Я был на озере Боумен в Национальном парке Глейшер, это длинное узкое озеро с перевернутыми горами в нем, и у меня с партнером есть гребная лодка. И вот мы гребли, и одна из этих западных поганок подплыла. И то, что они делают для своего брачного танца, это то, что они идут вместе, двое из них, двое партнеров, и они начинают бежать под водой. Они гребут все быстрее, быстрее и быстрее, пока они не движутся так быстро, что они буквально поднимаются из воды, и они встают прямо, как бы гребя по поверхности воды. И одна из этих поганок подошла, когда мы гребли. И вот мы в черепе, и мы движемся очень, очень быстро. И эта поганка, я думаю, как-то приняла нас за перспективу и начала бегать по воде рядом с нами, в брачном танце — на протяжении многих миль. Она останавливалась, а затем начиналась, затем останавливалась, а затем начиналась. Вот это прелюдия. (Смех)

1:46В тот момент я был так близок к изменению видов. Очевидно, жизнь может научить нас чему-то в области развлечений. Жизнь может многому нас научить. Но сегодня я хотел бы поговорить о том, чему жизнь может нас научить в области технологий и дизайна. Что произошло с тех пор, как вышла книга — книга была в основном об исследованиях в области биомимикрии — и что произошло с тех пор, так это то, что архитекторы, дизайнеры, инженеры — люди, которые создают наш мир — начали звонить и говорить, что мы хотим, чтобы биолог сел за стол проектирования, чтобы помочь нам, в режиме реального времени, получить вдохновение. Или — и это самая забавная часть для меня — мы хотим, чтобы вы вывели нас в мир природы. Мы придем с задачей дизайна и найдем чемпионов-адаптеров в мире природы, которые могут нас вдохновить.

2:40Итак, это фотография с поездки на Галапагосы, которую мы совершили с инженерами по очистке сточных вод; они очищают сточные воды. И некоторые из них, на самом деле, очень сопротивлялись тому, чтобы там находиться. Сначала они сказали нам, что мы уже занимаемся биомимикрией. Мы используем бактерии для очистки нашей воды. И мы сказали, что это не совсем вдохновение от природы. Это биообработка, знаете ли; это биотехнология: использование организма для очистки сточных вод — это старая-старая технология, называемая «одомашниванием». Это изучение чего-то, изучение идеи у организма и ее последующее применение. И поэтому они все еще не получали ее.

3:27Итак, мы пошли гулять по пляжу, и я сказал, ну, назовите мне одну из ваших больших проблем. Назовите мне задачу дизайна, лежачий полицейский устойчивости, который мешает вам быть устойчивыми. И они сказали, накипь, которая является накоплением минералов внутри труб. И они сказали, вы знаете, что происходит, минералы — как у вас дома — минералы накапливаются. А затем отверстие закрывается, и мы должны промыть трубы токсинами, или мы должны выкопать их. Так что если бы у нас был какой-то способ остановить это накипь — и поэтому я подобрал несколько ракушек на пляже. И я спросил их, что такое накипь? Что внутри ваших труб? И они сказали, карбонат кальция. И я сказал, вот что это; это карбонат кальция.

4:09И они этого не знали. Они не знали, что ракушка — это шаблон из белков, а затем ионы из морской воды кристаллизуются на месте, чтобы создать ракушку. Так что такой же процесс, без белков, происходит внутри их труб. Они не знали. Это не из-за отсутствия информации; это из-за отсутствия интеграции. Знаете, это бункер, люди в бункерах. Они не знали, что происходит то же самое. Так что один из них подумал об этом и сказал: «Хорошо, если это просто кристаллизация, которая происходит автоматически из морской воды — самосборка — тогда почему ракушки не бесконечны по размеру? Что останавливает масштабирование? Почему они просто не продолжают расти?» И я сказал: «Ну, таким же образом, как они выделяют белок, и он начинает кристаллизацию — и затем они все как бы наклонились — они отпускают белок, который останавливает кристаллизацию». Он буквально прилипает к растущей грани кристалла. И, на самом деле, есть продукт под названием TPA, который имитирует этот белок — этот стоп-белок — и это экологически чистый способ остановить образование накипи в трубах.

5:26Это изменило все. С тех пор вы не могли вернуть этих инженеров в лодку. В первый день они отправились в поход, и это было: щелк, щелк, щелк, щелк. Через пять минут они снова были в лодке. Мы закончили. Вы знаете, я видел этот остров. После этого они ползали по всему. Они ныряли с маской и трубкой столько, сколько мы позволяли им нырять с маской и трубкой. Произошло то, что они поняли, что существуют организмы, которые уже решили проблемы, на решение которых они потратили свою карьеру.

6:05Изучение окружающего мира — это одно; изучение окружающего мира — вот что такое переключение. Это глубокое переключение. Они поняли, что ответы на их вопросы есть везде; им просто нужно было сменить линзы, через которые они видели мир. 3,8 миллиарда лет полевых испытаний. От 10 до 30 — Крейг Вентер, вероятно, скажет вам; я думаю, что есть намного больше, чем 30 миллионов — хорошо адаптированных решений. Для меня важно то, что это решения, решенные в контексте. И контекст — это Земля — тот же контекст, в котором мы пытаемся решить наши проблемы. Так что это осознанное подражание гениальности жизни. Это не рабское подражание — хотя Эл пытается сделать прическу — это не рабское подражание; это взятие принципов дизайна, гениальности окружающего мира и извлечение уроков из этого.

7:07Теперь, в группе с таким количеством ИТ-специалистов, я должен упомянуть то, о чем я не буду говорить, а именно то, что ваша область — это область, которая многому научилась у живых существ, с точки зрения программного обеспечения. Так что есть компьютеры, которые защищают себя, как иммунная система, и мы учимся на регуляции генов и биологическом развитии. И мы учимся на нейронных сетях, генетических алгоритмах, эволюционных вычислениях. Это со стороны программного обеспечения. Но что мне интересно, так это то, что мы не так уж много этим занимались. Я имею в виду, что эти машины на самом деле не очень высокотехнологичны, по моей оценке, в том смысле, что в воде Кремниевой долины есть десятки и десятки канцерогенов. Так что оборудование совсем не на должном уровне с точки зрения того, что жизнь назвала бы успехом. Так что же мы можем узнать о создании — не только компьютеров, но и всего? Самолета, на котором вы прилетели, автомобилей, сидений, на которых вы сидите. Как мы перепроектируем мир, который мы создаем, мир, созданный человеком? Что еще важнее, что мы должны спросить в ближайшие 10 лет? И есть много крутых технологий, которые есть в жизни.

8:25Какова программа? Для меня ключевыми являются три вопроса. Как жизнь создает вещи? Это противоположность; вот как мы создаем вещи. Это называется нагрев, взбивание и обработка — так это называют материаловеды. И это вырезание вещей сверху вниз, с 96 процентами отходов и только 4 процентами продукта. Вы нагреваете это; вы бьете это под высоким давлением; вы используете химикаты. Хорошо. Нагреваете, бьете и обрабатываете.

8:53Жизнь не может себе этого позволить. Как жизнь создает вещи? Как жизнь извлекает максимум из вещей? Это пыльца герани. И ее форма дает ей возможность так легко кувыркаться в воздухе. Посмотрите на эту форму. Жизнь добавляет информацию к материи. Другими словами: структуру. Она дает ей информацию. Добавляя информацию к материи, она дает ей функцию, которая отличается от функции без этой структуры. И в-третьих, как жизнь заставляет вещи исчезать в системах? Потому что жизнь на самом деле не имеет дела с вещами; в естественном мире нет вещей, оторванных от своих систем. Очень краткий конспект. Поскольку я сейчас все больше и больше читаю и слежу за историей, в биологических науках появляются некоторые удивительные вещи. И в то же время я слушаю множество компаний и нахожу, какие у них есть грандиозные проблемы. Эти две группы не разговаривают друг с другом. Вообще.

10:11Что в мире биологии может быть полезным на данном этапе, чтобы провести нас через этот эволюционный тупик, в котором мы находимся? Я попытаюсь пройти через 12, очень быстро.

10:23Одна из самых захватывающих для меня — это самосборка. Теперь вы слышали об этом с точки зрения нанотехнологий. Возвращаясь к этой оболочке: оболочка — это самосборочный материал. В нижнем левом углу есть фотография перламутра, образующегося из морской воды. Это слоистая структура, состоящая из минерала, а затем полимера, и это делает ее очень, очень прочной. Она вдвое прочнее нашей высокотехнологичной керамики. Но что действительно интересно: в отличие от нашей керамики, которая находится в печах, это происходит в морской воде. Это происходит вблизи, внутри и вблизи тела организма. Это Sandia National Labs. Парень по имени Джефф Бринкер нашел способ получить процесс самосборки кода. Представьте себе, что вы можете изготавливать керамику при комнатной температуре, просто окуная что-то в жидкость, вынимая это из жидкости и заставляя молекулы в жидкости испаряться вместе, так что они складываются в пазл таким же образом, как это происходит при кристаллизации. Представьте себе, что все наши твердые материалы производятся таким образом. Представьте себе распыление прекурсоров на фотоэлектрическую ячейку, на солнечную ячейку, на крышу, и они самоорганизуются в слоистую структуру, которая собирает свет.

11:43Вот интересный пример для мира ИТ: биокремний. Это диатом, состоящий из силикатов. И кремний, который мы производим прямо сейчас, — это часть нашей канцерогенной проблемы при производстве наших чипов, — это процесс биоминерализации, который сейчас имитируется. Это в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Посмотрите на эти диатомеи. Это из работы Эрнста Геккеля. Представьте себе, что вы можете — и, опять же, это шаблонный процесс, и он затвердевает из жидкого процесса — представьте себе, что вы можете получить такую ​​структуру при комнатной температуре. Представьте себе, что вы можете сделать идеальные линзы. Слева — это хрупкая звезда; она покрыта линзами, которые, как обнаружили специалисты Lucent Technologies, не имеют никаких искажений. Это одна из самых свободных от искажений линз, о которых мы знаем. И их много по всему телу. Интересно, что она самоорганизуется. Женщина по имени Джоанна Айзенберг из Lucent сейчас изучает, как это сделать в низкотемпературном процессе, чтобы создавать такие линзы. Она также изучает волоконную оптику. Это морская губка, у которой есть волоконная оптика. В самом ее основании есть волоконная оптика, которая работает лучше, чем наша, на самом деле, для перемещения света, но вы можете завязать их в узел; они невероятно гибкие.

13:13Вот еще одна большая идея: CO2 как сырье. Парень по имени Джефф Коутс из Корнелла сказал себе: «Знаете, растения не считают CO2 самым большим ядом нашего времени. Мы видим это именно так. Растения заняты тем, что производят длинные цепочки крахмалов и глюкозы, верно, из CO2. Он нашел способ — он нашел катализатор — и он нашел способ взять CO2 и превратить его в поликарбонаты. Биоразлагаемые пластики из CO2 — как это похоже на растения».

13:42Солнечные преобразования: самое захватывающее. Есть люди, которые имитируют устройство для сбора энергии внутри пурпурной бактерии, люди из ASU. Еще интереснее, в последнее время, в последние пару недель, люди увидели, что есть фермент, называемый гидрогеназой, который способен выделять водород из протона и электронов, и способен поглощать водород — в основном то, что происходит в топливном элементе, в аноде топливного элемента и в обратимом топливном элементе. В наших топливных элементах мы делаем это с платиной; жизнь делает это с очень, очень распространенным железом. И команда только что смогла имитировать эту жонглирующую водородом гидрогеназу. Это очень захватывающе для топливных элементов — иметь возможность делать это без платины.

14:33Сила формы: вот кит. Мы видели, что на плавниках этого кита есть бугорки. И эти маленькие выпуклости на самом деле увеличивают эффективность, например, на краю самолета — увеличивают эффективность примерно на 32 процента. Что является удивительной экономией ископаемого топлива, если бы мы просто поместили это на край крыла. Цвет без пигментов: этот павлин создает цвет с помощью формы. Свет проходит сквозь него, он отражается от слоев; это называется тонкопленочной интерференцией. Представьте себе возможность самосборки продуктов, когда последние несколько слоев играют со светом, создавая цвет. Представьте себе возможность создать форму на внешней стороне поверхности, так что она самоочищается только водой. Вот что делает лист. Видите эту фотографию крупным планом? Это шарик воды, а это частицы грязи. А это фотография листа лотоса крупным планом. Есть компания, выпускающая продукт под названием Lotusan, который имитирует: когда краска на фасаде здания высыхает, она имитирует неровности самоочищающегося листа, а дождевая вода очищает здание.

15:47Вода станет нашей большой, грандиозной задачей: утоление жажды. Вот два организма, которые тянут воду. Тот, что слева — намибийский жук, тянущий воду из тумана. Тот, что справа — мокрица — тянет воду из воздуха, не пьет пресную воду. Извлечение воды из тумана Монтерея и из потного воздуха в Атланте, прежде чем она попадет в здание, — ключевые технологии.

16:19Технологии разделения будут чрезвычайно важны. Что, если мы скажем, больше никакой добычи твердых пород? Что, если мы будем отделять металлы от потоков отходов, небольшие количества металлов в воде? Это то, что делают микробы; они хелатируют металлы из воды. Здесь, в Сан-Франциско, есть компания под названием MR3, которая встраивает имитаторы молекул микробов в фильтры для добычи потоков отходов. Зеленая химия — это химия в воде. Мы занимаемся химией в органических растворителях. Это фотография прядильных механизмов, выходящих из паука, и шелка, образующегося из паука. Разве это не прекрасно? Зеленая химия заменяет нашу промышленную химию книгой рецептов природы. Это нелегко, потому что жизнь использует только подмножество элементов периодической таблицы. А мы используем их все, даже токсичные. Разработать элегантные рецепты, которые взяли бы небольшое подмножество периодической таблицы и создали бы чудесные материалы, такие как эта клетка, — это задача зеленой химии.

17:38Расчет по времени: упаковка, которая хороша до тех пор, пока вы не захотите, чтобы она была хороша, и растворяется по команде. Это мидия, которую вы можете найти в водах здесь, и нити, удерживающие ее на камне, рассчитаны по времени; ровно через два года они начинают растворяться.

17:55 Исцеление: это хорошо. Вот этот малыш — тихоходка. Проблема с вакцинами по всему миру, которые не доходят до пациентов. И причина в том, что охлаждение каким-то образом нарушается; нарушается то, что называется «холодовой цепью». Парень по имени Брюс Роснер изучал тихоходку — которая полностью высыхает, но при этом остается живой в течение месяцев, месяцев и месяцев, и способна регенерировать себя. И он нашел способ высушивать вакцины — заключать их в такие же сахарные капсулы, которые есть у тихоходки внутри ее клеток — это означает, что вакцины больше не нужно охлаждать. Их можно положить в бардачок, ладно. Учимся у организмов. Это сессия о воде — изучение организмов, которые могут обходиться без воды, чтобы создать вакцину, которая будет действовать, действовать и действовать без охлаждения.

19:02Я не дойду до 12. Но я собираюсь сказать вам, что самое важное, помимо всех этих адаптаций, заключается в том, что эти организмы нашли способ делать удивительные вещи, которые они делают, одновременно заботясь о месте, которое будет заботиться об их потомстве. Когда они вовлечены в прелюдию, они думают о чем-то очень, очень важном — а именно о том, чтобы их генетический материал сохранился через 10 000 поколений. А это значит найти способ делать то, что они делают, не разрушая место, которое будет заботиться об их потомстве. Это самая большая задача дизайна. К счастью, есть миллионы и миллионы гениев, готовых одарить нас своими лучшими идеями. Удачи в разговоре с ними.

20:03Спасибо.

20:04(Аплодисменты)

20:18Крис Андерсон: Если говорить о прелюдии, то нам нужно дойти до 12, но очень быстро.

20:22Джанин Бениус: О, правда? КА: Да. Как, знаете, как 10-секундная версия 10, 11 и 12. Потому что мы просто — ваши слайды такие великолепные, а идеи такие масштабные, я не могу отпустить вас, не посмотрев 10, 11 и 12.

20:33JB: Хорошо, поставь это -- Хорошо, я просто подержу эту штуку. Хорошо, отлично. Хорошо, это исцеление. Чувство и реакция: обратная связь -- это огромная вещь. Это саранча. Их может быть 80 миллионов на квадратный километр, и они не сталкиваются друг с другом. И тем не менее у нас происходит 3,6 миллиона автомобильных столкновений в год. (Смех) Точно. В Ньюкасле есть человек, который выяснил, что это очень большой нейрон. И она на самом деле выясняет, как сделать схему избегания столкновений на основе этого очень большого нейрона в саранче.

21:13Это огромный и важный пункт, номер 11. И это растущая плодовитость. Это означает, знаете ли, чистое плодородие в сельском хозяйстве. Мы должны повышать плодородие. И, о да, мы также получаем еду. Потому что мы должны наращивать возможности этой планеты, чтобы создавать все больше и больше возможностей для жизни. И на самом деле, это то, что делают и другие организмы. В совокупности это то, что делают целые экосистемы: они создают все больше и больше возможностей для жизни. Наше сельское хозяйство сделало противоположное. Итак, сельское хозяйство, основанное на том, как прерия создает почву, скотоводство, основанное на том, как местное стадо копытных на самом деле улучшает здоровье ареала, даже очистка сточных вод, основанная на том, как болото не только очищает воду, но и создает невероятно блестящую производительность.

22:05Это простое задание по дизайну. Я имею в виду, оно выглядит простым, потому что система за 3,8 миллиарда лет это выработала. То есть, те организмы, которые не смогли понять, как улучшить или подсластить свои места, не находятся рядом, чтобы рассказать нам об этом. Это двенадцатый пункт. Жизнь — и это секретный трюк; это волшебный трюк — жизнь создает условия, благоприятные для жизни. Она создает почву; она очищает воздух; она очищает воду; она смешивает коктейль из газов, который нужен нам с вами для жизни. И она делает это в середине прекрасной прелюдии и удовлетворения своих потребностей. Так что это не взаимоисключающие вещи. Мы должны найти способ удовлетворить наши потребности, одновременно превращая это место в Эдем.

23:05CA: Джанин, спасибо большое. (Аплодисменты)