Överraskande lärdomar från Naturens ingenjörer

Det är en spänning att vara här på en konferens som ägnas åt "Inspired by Nature" - ni kan föreställa er. Och jag är också glad över att vara med i förspelssektionen. Har du märkt att det här avsnittet är förspel? För jag får prata om ett av mina favoritdjur, som är den västra doppingen. Du har inte levt förrän du har sett de här killarna göra sin uppvaktningsdans. Jag var på Bowman Lake i Glacier National Park, som är en lång, mager sjö med slags berg upp och ner i den, och min partner och jag har ett roddskal. Och så rodde vi, och en av dessa västerdoppingar kom med. Och vad de gör för sin uppvaktningsdans är att de går tillsammans, de två, de två kompisarna, och de börjar springa under vattnet. De paddlar snabbare, och snabbare och snabbare, tills de går så fort att de bokstavligen lyfter upp ur vattnet, och de står upprätt, liksom paddlar på toppen av vattnet. Och en av dessa dopper följde med medan vi rodde. Och så vi är i en skalle, och vi rör oss riktigt, riktigt snabbt. Och den här doppingen, tror jag, förväxlade oss för att vara en prospekt och började springa längs vattnet bredvid oss, i en uppvaktningsdans -- i flera kilometer. Det skulle sluta, och sedan starta, och sedan sluta och sedan starta. Nu är det förspel. (Skratt)

1:46 Jag var så nära att byta art i det ögonblicket. Uppenbarligen kan livet lära oss något i underhållningsavdelningen. Livet har mycket att lära oss. Men det jag skulle vilja prata om idag är vad livet kan lära oss inom teknik och design. Det som har hänt sedan boken kom ut -- boken handlade främst om forskning inom biomimik -- och vad som har hänt sedan dess är att arkitekter, designers, ingenjörer -- människor som skapar vår värld -- har börjat ringa och säga att vi vill att en biolog ska sitta vid designbordet för att hjälpa oss, i realtid, att bli inspirerade. Eller - och det här är det roliga för mig - vi vill att du ska ta oss ut i naturen. Vi kommer med en designutmaning och vi hittar de bästa adaptrarna i den naturliga världen, som kan inspirera oss.

2:40 Så det här är en bild från en Galapagos-resa som vi tog med några avloppsreningsingenjörer; de renar avloppsvatten. Och några av dem var faktiskt väldigt motståndskraftiga mot att vara där. Vad de sa till oss först var, du vet, vi gör redan biomimik. Vi använder bakterier för att rena vårt vatten. Och vi sa, ja, det är inte precis att inspireras av naturen. Det är biobearbetning, du vet; det är biostödd teknik: att använda en organism för att göra din avloppsvattenrening är en gammal, gammal teknik som kallas "domesticering". Detta är att lära sig något, lära sig en idé från en organism och sedan tillämpa den. Och så fick de det fortfarande inte.

3:27 Så vi gick en promenad på stranden och jag sa, ja, ge mig ett av dina stora problem. Ge mig en designutmaning, hållbarhetshinder, som hindrar dig från att vara hållbar. Och de sa skalning, vilket är uppbyggnaden av mineraler inuti rör. Och de sa, du vet vad som händer är, mineral - precis som hemma - mineral byggs upp. Och så stängs öppningen, och vi måste spola rören med gifter, eller så måste vi gräva upp dem. Så om vi hade något sätt att stoppa den här skalningen -- och så plockade jag upp några snäckor på stranden. Och jag frågade dem, vad är skalning? Vad finns i dina rör? Och de sa, kalciumkarbonat. Och jag sa, det är vad det här är; detta är kalciumkarbonat.

4:09 Och det visste de inte. De visste inte att vad ett snäcka är, det är malt av proteiner, och sedan kristalliserar joner från havsvattnet på plats för att skapa ett skal. Så samma typ av process, utan proteinerna, sker på insidan av deras rör. De visste inte. Detta beror inte på brist på information; det är brist på integration. Du vet, det är en silo, folk i silor. De visste inte att samma sak hände. Så en av dem tänkte på det och sa, OK, ja, om detta bara är kristallisering som sker automatiskt ur havsvatten -- självmontering -- varför är då inte skalen oändliga i storlek? Vad stoppar skalningen? Varför fortsätter de inte bara? Och jag sa, ja, på samma sätt som de utsöndrar ett protein och det startar kristalliseringen - och sedan lutade de sig alla in - de släppte taget om ett protein som stoppar kristalliseringen. Den fäster bokstavligen till kristallens växande ansikte. Och i själva verket finns det en produkt som heter TPA som efterliknar det proteinet - det där stoppproteinet - och det är ett miljövänligt sätt att stoppa avlagringar i rör.

5:26 Det förändrade allt. Från och med då kunde du inte få tillbaka dessa ingenjörer i båten. Första dagen skulle de ta en vandring, och det var, klicka, klicka, klicka, klicka. Fem minuter senare var de tillbaka i båten. Vi är klara. Du vet, jag har sett den ön. Efter detta kröp de överallt. De skulle snorkla lika länge som vi lät dem snorkla. Det som hade hänt var att de insåg att det fanns organismer där ute som redan hade löst problemen som de hade ägnat sin karriär åt att försöka lösa.

6:05 Att lära sig om den naturliga världen är en sak; lära av den naturliga världen -- det är växeln. Det är den djupa växlingen. Vad de insåg var att svaren på deras frågor finns överallt; de behövde bara byta linser med vilka de såg världen. 3,8 miljarder år av fälttester. 10 till 30 -- Craig Venter kommer förmodligen att berätta för dig; Jag tror att det finns mycket mer än 30 miljoner -- väl anpassade lösningar. Det viktiga för mig är att det här är lösningar lösta i sitt sammanhang. Och sammanhanget är Jorden -- samma sammanhang som vi försöker lösa våra problem i. Så det är den medvetna efterlikningen av livets genialitet. Det är inte en slavisk efterlikning -- även om Al försöker få igång frisyren -- det är inte en slavisk mimik; det är att ta designprinciperna, naturens genialitet och lära sig något av det.

7:07Nu, i en grupp med så många IT-folk, måste jag nämna det jag inte ska prata om, och det är att ditt område är ett som har lärt sig oerhört mycket från levande varelser, på mjukvarusidan. Så det finns datorer som skyddar sig själva, som ett immunsystem, och vi lär oss av genreglering och biologisk utveckling. Och vi lär oss av neurala nät, genetiska algoritmer, evolutionär datoranvändning. Det är på mjukvarusidan. Men det som är intressant för mig är att vi inte har tittat lika mycket på det här. Jag menar, dessa maskiner är verkligen inte särskilt högteknologiska enligt min uppskattning i den meningen att det finns dussintals och dussintals cancerframkallande ämnen i vattnet i Silicon Valley. Så hårdvaran räcker inte alls till vad livet skulle kalla en framgång. Så vad kan vi lära oss om att göra -- inte bara datorer, utan allt? Planet du kom in i, bilar, sätena som du sitter på. Hur gör vi om den värld vi skapar, den mänskliga världen? Ännu viktigare, vad ska vi fråga oss under de kommande 10 åren? Och det finns många coola tekniker där ute som livet har.

8:25 Vad är kursplanen? Tre frågor är nyckeln för mig. Hur skapar livet saker? Detta är motsatsen; det är så här vi gör saker. Det kallas värme, slå och behandla -- det är vad materialforskare kallar det. Och det skär ner saker från toppen, med 96 procent avfall kvar och endast 4 procent produkt. Du värmer upp det; du slår det med höga tryck; du använder kemikalier. OK. Värm, slå och behandla.

8:53Livet har inte råd att göra det. Hur skapar livet saker? Hur får livet ut det mesta av saker och ting? Det är en geraniumpollen. Och dess form är det som ger den funktionen att så lätt kunna tumla genom luften. Titta på den formen. Livet lägger till information till materia. Med andra ord: struktur. Det ger den information. Genom att lägga till information till materien ger det en funktion som är annorlunda än utan den strukturen. Och för det tredje, hur får livet saker att försvinna in i systemen? För livet handlar egentligen inte om saker; det finns inga saker i den naturliga världen som är skilda från deras system. Riktigt snabb kursplan. När jag läser mer och mer nu, och följer berättelsen, händer det några fantastiska saker inom de biologiska vetenskaperna. Och samtidigt lyssnar jag på många företag och ser vad deras sorts stora utmaningar är. De två grupperna pratar inte med varandra. Alls.

10:11Vad i världen av biologi kan vara till hjälp vid denna tidpunkt, för att ta oss igenom den här sortens evolutionära knuthål som vi befinner oss i? Jag ska försöka gå igenom 12, riktigt snabbt.

10:23 En som är spännande för mig är självmontering. Nu har du hört talas om detta när det gäller nanoteknik. Tillbaka till det skalet: skalet är ett självmonterande material. Längst ner till vänster finns en bild av pärlemor som bildas ur havsvatten. Det är en skiktad struktur som är mineral och sedan polymer, och det gör den väldigt, väldigt seg. Det är dubbelt så tufft som vår högteknologiska keramik. Men det som är riktigt intressant: till skillnad från vår keramik som finns i ugnar, händer det i havsvatten. Det händer nära, i och nära, organismens kropp. Det här är Sandia National Labs. En kille som heter Jeff Brinker har hittat ett sätt att ha en självmonterande kodningsprocess. Föreställ dig att kunna göra keramik i rumstemperatur genom att helt enkelt doppa något i en vätska, lyfta upp det ur vätskan och få molekylerna i vätskan att förångas samman, så att de pusslas ihop på samma sätt som denna kristallisering fungerar. Föreställ dig att göra alla våra hårda material på det sättet. Föreställ dig att spruta prekursorerna till en PV-cell, till en solcell, på ett tak, och få den självmonterad till en skiktad struktur som skördar ljus.

11:43 Här är en intressant för IT-världen: biokisel. Detta är en kiselalger, som är gjord av silikater. Och så kisel, som vi tillverkar just nu -- det är en del av vårt cancerframkallande problem vid tillverkningen av våra chips -- det här är en biomineraliseringsprocess som nu efterliknas. Det här är på UC Santa Barbara. Titta på dessa kiselalger. Detta är från Ernst Haeckels verk. Föreställ dig att kunna - och återigen, det är en mallprocess, och den stelnar ur en flytande process - föreställ dig att kunna ha den typen av struktur som kommer ut vid rumstemperatur. Tänk dig att kunna göra perfekta linser. Till vänster är detta en spröd stjärna; den är täckt med linser som personerna på Lucent Technologies har funnit att de inte har någon som helst förvrängning. Det är en av de mest distorsionsfria linserna vi känner till. Och det finns många av dem, över hela kroppen. Det som är intressant, återigen, är att det monteras själv. En kvinna vid namn Joanna Aizenberg, på Lucent, lär sig nu att göra detta i en lågtemperaturprocess för att skapa den här sortens linser. Hon tittar också på fiberoptik. Det är en havssvamp som har en fiberoptik. Längst nere i den finns fiberoptik som faktiskt fungerar bättre än vår för att flytta ljus, men du kan knyta ihop dem; de är otroligt flexibla.

13:13 Här är en annan stor idé: CO2 som råvara. En kille vid namn Geoff Coates, på Cornell, sa till sig själv, du vet, växter ser inte CO2 som vår tids största gift. Vi ser det så. Växter är upptagna med att göra långa kedjor av stärkelse och glukos, eller hur, av CO2. Han har hittat ett sätt -- han har hittat en katalysator -- och han har hittat ett sätt att ta CO2 och göra det till polykarbonater. Biologiskt nedbrytbar plast ur CO2 - hur växtliknande.

13:42Soltransformationer: den mest spännande. Det finns människor som efterliknar den energiskördande enheten inuti en lila bakterie, människorna på ASU. Ännu mer intressant, på sistone, under de senaste veckorna, har människor sett att det finns ett enzym som kallas hydrogenas som kan utveckla väte från protoner och elektroner, och som kan ta upp väte - i princip vad som händer i en bränslecell, i anoden på en bränslecell och i en reversibel bränslecell. I våra bränsleceller gör vi det med platina; livet gör det med ett väldigt, väldigt vanligt järn. Och ett team har nu precis kunnat efterlikna det väte-jonglerande hydrogenaset. Det är väldigt spännande för bränsleceller – att kunna göra det utan platina.

14:33 Formens kraft: här är en val. Vi har sett att fenorna på denna val har tuberkler på sig. Och dessa små gupp ökar faktiskt effektiviteten i till exempel kanten på ett flygplan - ökar effektiviteten med cirka 32 procent. Vilket är en fantastisk besparing av fossila bränslen, om vi bara skulle lägga det på kanten av en vinge. Färg utan pigment: denna påfågel skapar färg med form. Ljus kommer igenom, det studsar tillbaka från lagren; det kallas tunnfilmsinterferens. Tänk dig att kunna sätta ihop produkter själv med de sista lagren som leker med ljus för att skapa färg. Tänk dig att kunna skapa en form på utsidan av en yta, så att den blir självrengörande med bara vatten. Det är vad ett löv gör. Ser du den där bilden på nära håll? Det är en boll med vatten, och det är smutspartiklar. Och det är en närbild av ett lotusblad. Det finns ett företag som tillverkar en produkt som heter Lotusan, som efterliknar -- när byggnadsfasadfärgen torkar, efterliknar den stötarna i ett självrengörande löv och regnvatten renar byggnaden.

15:47Vatten kommer att bli vår stora, stora utmaning: att släcka törsten. Här är två organismer som drar vatten. Den till vänster är den namibiska skalbaggen som drar vatten ur dimman. Den till höger är en p-piller - drar vatten ur luften, dricker inte färskt vatten. Att dra ut vatten ur Monterey-dimman och ur den svettiga luften i Atlanta, innan det kommer in i en byggnad, är nyckelteknologier.

16:19 Separationstekniker kommer att bli extremt viktiga. Tänk om vi skulle säga, ingen mer hårdrocksbrytning? Tänk om vi skulle separera metaller från avfallsströmmar, små mängder metaller i vatten? Det är vad mikrober gör; de kelerar metaller ur vattnet. Det finns ett företag här i San Francisco som heter MR3 som bäddar in imitationer av mikrobernas molekyler på filter för att bryta avfallsströmmar. Grön kemi är kemi i vatten. Vi gör kemi i organiska lösningsmedel. Det här är en bild av spinndysorna som kommer ut ur en spindel och siden som bildas av en spindel. Är inte det vackert? Grön kemi ersätter vår industriella kemi med naturens receptbok. Det är inte lätt, eftersom livet bara använder en delmängd av grundämnena i det periodiska systemet. Och vi använder dem alla, även de giftiga. Att ta reda på de eleganta recepten som skulle ta den lilla delmängden av det periodiska systemet, och skapa mirakelmaterial som den cellen, är den gröna kemins uppgift.

17:38 Tidsbestämd nedbrytning: förpackning som är bra tills du inte vill att den ska vara bra längre, och löses upp på kö. Det är en mussla du kan hitta i vattnet här ute, och trådarna som håller den mot en sten är tidsinställda; vid exakt två år börjar de lösas upp.

17:55 Healing: det här är bra. Den där lilla killen där borta är en tardigrad. Det finns ett problem med att vacciner runt om i världen inte når patienterna. Och anledningen är att kylningen på något sätt bryts; det som kallas "kylkedjan" bryts. En kille som heter Bruce Rosner tittade på tardigraden -- som torkar ut fullständigt, och ändå håller sig vid liv i månader och månader och månader, och kan regenerera sig själv. Och han hittade ett sätt att torka ut vacciner - innesluta dem i samma sorts sockerkapslar som tardigraden har i sina celler - vilket betyder att vacciner inte längre behöver kylas. De kan läggas i ett handskfack, okej. Att lära av organismer. Det här är en session om vatten -- lära sig om organismer som klarar sig utan vatten, för att skapa ett vaccin som håller och håller och håller utan kylning.

19:02 Jag kommer inte att komma till 12. Men det jag ska göra är att berätta att det viktigaste, förutom alla dessa anpassningar, är det faktum att dessa organismer har hittat ut ett sätt att göra de fantastiska sakerna de gör samtidigt som de tar hand om platsen som kommer att ta hand om deras avkomma. När de är inblandade i förspel, tänker de på något väldigt, väldigt viktigt – och det är att ha sitt genetiska material kvar, 10 000 generationer från nu. Och det innebär att hitta ett sätt att göra vad de gör utan att förstöra platsen som ska ta hand om deras avkomma. Det är den största designutmaningen. Lyckligtvis finns det miljoner och åter miljoner genier som är villiga att ge oss sina bästa idéer. Lycka till med att prata med dem.

20:03 Tack.

20:04 (Applåder)

20:18 Chris Anderson: Snacka om förspel, jag -- vi måste komma till 12, men väldigt snabbt.

20:22 Janine Benyus: Åh verkligen? CA: Ja. Precis som, du vet, som 10-sekundersversionen av 10, 11 och 12. Eftersom vi bara -- dina bilder är så underbara, och idéerna är så stora, kan jag inte stå ut med att låta dig gå ner utan att se 10, 11 och 12.

20:33JB: OK, lägg det här -- OK, jag ska bara hålla den här saken. Okej, bra. OK, så det är den helande. Känna och svara: feedback är en enorm sak. Det här är en gräshoppa. Det kan finnas 80 miljoner av dem på en kvadratkilometer, och ändå kolliderar de inte med varandra. Och ändå har vi 3,6 miljoner bilkollisioner per år.(Skratt) Okej. Det finns en person i Newcastle som har kommit på att det är en väldigt stor neuron. Och hon funderar faktiskt på hur man gör en kollisionsundvikande krets baserat på denna mycket stora neuron i gräshoppan.

21:13 Det här är en enorm och viktig sådan, nummer 11. Och det är den växande fertiliteten. Det betyder, du vet, nettofertilitetsodling. Vi borde öka fertiliteten. Och ja, vi får mat också. För vi måste öka kapaciteten på denna planet för att skapa fler och fler möjligheter för liv. Och egentligen är det vad andra organismer också gör. I ensemble är det vad hela ekosystem gör: de skapar fler och fler möjligheter för livet. Vårt jordbruk har gjort tvärtom. Så, jordbruk baserat på hur en prärie bygger jord, ranchning baserat på hur en inhemsk klövviltflock faktiskt ökar hälsan i området, till och med avloppsvattenrening baserad på hur en kärr inte bara renar vattnet, utan skapar otroligt glittrande produktivitet.

22:05 Det här är den enkla designöversikten. Jag menar, det ser enkelt ut eftersom systemet, över 3,8 miljarder år, har löst det här. Det vill säga, de organismer som inte har kunnat lista ut hur de kan förbättra eller söta sina platser, finns inte i närheten för att berätta om det. Det är den tolfte. Livet -- och detta är det hemliga tricket; det här är det magiska tricket -- livet skapar förutsättningar för livet. Det bygger jord; det renar luft; det renar vatten; den blandar den cocktail av gaser som du och jag behöver för att leva. Och det gör det mitt i att ha bra förspel och möta deras behov. Så det utesluter inte varandra. Vi måste hitta ett sätt att möta våra behov samtidigt som vi gör denna plats till ett Eden.

23:05CA: Janine, tack så mycket. (Applåder)