Дивовижні уроки від інженерів природи

Бути тут на конференції, присвяченій темі «Натхнення природою» — це хвилювання — ви можете собі уявити. І я також радий бути в розділі прелюдії. Ви помітили, що цей розділ є прелюдією? Тому що я можу поговорити про одну з моїх улюблених істот, якою є поганка. Ви не дожили, поки не побачите, як ці хлопці танцюють залицяння. Я був на озері Боумен у національному парку Глейшер, яке є довгим тонким озером із горами, перевернутими догори ногами, і ми з напарником маємо снаряд для веслування. І ось ми веслували, і одна з цих поганок підійшла. І те, що вони роблять для свого танцю залицяння, вони йдуть разом, вони двоє, два партнери, і вони починають бігти під водою. Вони веслують все швидше, і швидше, і швидше, поки не рухаються так швидко, що буквально вириваються з води, і вони стоять вертикально, ніби гребучи на вершині води. І одна з цих поганок підійшла, коли ми веслували. Отже, ми в черепі, і ми рухаємося дуже, дуже швидко. І ця поганка, я думаю, начебто помилково сприйняла нас за перспективу і почала бігати по воді поруч із нами, у танці залицяння -- на милі. Він зупинявся, потім починав, а потім зупинявся, а потім починав. Тепер це прелюдія. (Сміх)

1:46 У той момент я був настільки близький до зміни виду. Очевидно, життя може навчити нас чомусь у розділі розваг. Життя може нас багато чого навчити. Але сьогодні я хотів би поговорити про те, чого може навчити нас життя в технологіях і дизайні. Що сталося відтоді, як вийшла книга — книга була в основному про дослідження біомімікрії — і з того часу сталося так, що архітектори, дизайнери, інженери — люди, які створюють наш світ, — почали дзвонити й казати, що ми хочемо, щоб біолог сидів за дизайнерським столом, щоб допомогти нам у реальному часі отримати натхнення. Або - і це для мене найцікавіше - ми хочемо, щоб ви перенесли нас у світ природи. Ми прийдемо з дизайнерським завданням і знайдемо найкращих адаптаторів у природному світі, які можуть надихнути нас.

2:40 Це фото з подорожі на Галапагоські острови, яке ми зробили з інженерами з очищення стічних вод; вони очищають стічні води. І деякі з них були дуже стійкі до перебування там. Те, що вони сказали нам спочатку, ви знаєте, що ми вже робимо біомімікрію. Ми використовуємо бактерії для очищення води. І ми сказали, що це не те, що нас надихає природа. Це біообробка, ви знаєте; це біологічна технологія: використання організму для очищення стічних вод є старою технологією, яка називається «одомашненням». Це навчання чогось, вивчення ідеї в організмі, а потім її застосування. І тому вони все ще не отримували цього.

3:27 Тож ми пішли погуляти по пляжу, і я сказав: «Добре, дай мені одну зі своїх великих проблем». Поставте переді мною задачу щодо дизайну, підвищення швидкості сталого розвитку, це заважає вам бути екологічним. І вони сказали, що накип, тобто накопичення мінералів усередині труб. І вони сказали, ви знаєте, що трапляється, мінерал --як у вашому домі -- мінерал накопичується. А потім отвір закривається, і ми повинні промити труби токсинами, або ми повинні їх викопати. Тож якби у нас був якийсь спосіб зупинити це масштабування -- і тому я підібрав кілька черепашок на пляжі. І я запитав їх, що таке масштабування? Що у ваших трубах? І вони сказали, карбонат кальцію. І я сказав, що це; це карбонат кальцію.

4:09 І вони цього не знали. Вони не знали, що черепашка складається з білків, а потім іони з морської води кристалізуються на місці, створюючи раковину. Такий самий процес, без білків, відбувається всередині їхніх труб. Вони не знали. Це не через брак інформації; це брак інтеграції. Знаєте, це силос, люди в силосах. Вони не знали, що відбувається те саме. Тож один із них подумав і сказав: «Добре, добре, якщо це просто кристалізація, яка відбувається автоматично з морської води — самозбірка — тоді чому черепашки не мають нескінченного розміру? Що зупиняє масштабування? Чому вони просто не продовжують? І я сказав, ну, подібно до того, як вони виділяють білок, і він починає кристалізацію -- і тоді вони всі ніби нахилилися -- вони випускають білок, який зупиняє кристалізацію. Він буквально прилягає до зростаючої грані кристала. І насправді існує продукт під назвою TPA, який імітує цей протеїн – той стоп-протеїн – і це екологічно чистий спосіб зупинити утворення накипу в трубах.

5:26 Це все змінило. Відтоді ви не могли повернути цих інженерів у човен. Першого дня вони пішли в похід, і це було, клац, клац, клац, клац. Через п’ять хвилин вони повернулися в човен. Ми закінчили. Знаєш, я бачив той острів. Після цього вони повзали. Вони займалися підводним плаванням стільки, скільки ми дозволяли їм займатися підводним плаванням. Сталося те, що вони зрозуміли, що існують організми, які вже вирішили проблеми, на вирішення яких вони витратили свою кар’єру.

6:05 Дізнатися про світ природи - це одне; навчання у природного світу - це перемикач. Це глибокий перехід. Вони зрозуміли, що відповіді на їхні запитання всюди; їм просто потрібно було змінити лінзи, якими вони бачили світ. 3,8 мільярда років польових випробувань. 10 до 30 -- Крейг Вентер, мабуть, скаже вам; Я думаю, що є набагато більше ніж 30 мільйонів -- добре адаптованих рішень. Для мене важливо те, що це рішення, вирішені в контексті. І контекстом є Земля -- той самий контекст, у якому ми намагаємося вирішити наші проблеми. Отже, це свідоме наслідування генія життя. Це не рабська імітація -- хоча Ел намагається привести зачіску в дію -- це не рабська мімікрія; це взяти принципи дизайну, геніальність природного світу та навчитися чомусь із цього.

7:07Тепер, у групі з такою кількістю ІТ-спеціалістів, я маю згадати те, про що я не збираюся говорити, а саме те, що ваша галузь — це сфера, яка навчилася величезній кількості від живих істот, щодо програмного забезпечення. Отже, є комп’ютери, які захищають себе, як імунна система, і ми вчимося на регуляції генів і біологічному розвитку. І ми вчимося на нейронних мережах, генетичних алгоритмах, еволюційних обчисленнях. Це на стороні програмного забезпечення. Але що мені цікаво, так це те, що ми не розглядали це так багато. Я маю на увазі, що ці машини насправді не дуже високотехнологічні, на мою думку, у тому сенсі, що у воді Кремнієвої долини є десятки й десятки канцерогенів. Отже, апаратне забезпечення зовсім не відповідає вимогам того, що в житті можна назвати успіхом. Отже, що ми можемо навчитися про створення -- не тільки комп'ютерів, але всього? Літак, яким ви прилетіли, машини, сидіння, на яких ви сидите. Як ми переробляємо світ, який ми створюємо, світ, створений людьми? Що ще важливіше, що ми повинні запитати в наступні 10 років? І в житті є багато крутих технологій.

8:25 Який навчальний план? Три питання для мене є ключовими. Як життя створює речі? Це навпаки; ось як ми створюємо речі. Це називається heat, beat and treat – саме так це називають вчені-матеріали. І він різає речі зверху вниз, залишаючи 96 відсотків відходів і лише 4 відсотки продукту. Ви розігріваєте його; ви б'єте його високими тисками; ви використовуєте хімікати. добре. Розігріти, відбити і пригостити.

8:53 Життя не може собі цього дозволити. Як життя створює речі? Як життя дає максимум від речей? Це пилок герані. І саме його форма дає йому можливість легко перекидатися в повітрі. Подивіться на цю форму. Життя додає інформацію до матерії. Іншими словами: структура. Це дає йому інформацію. Додаючи інформацію до матерії, вона надає їй іншу функцію, ніж без цієї структури. І по-третє, як життя змушує речі зникати в системах? Тому що життя насправді не стосується речей; немає речей у природному світі, відокремлених від своїх систем. Дійсно швидкий навчальний план. Оскільки я зараз читаю все більше і більше й стежу за історією, у біологічних науках з’являються дивовижні речі. І в той же час я слухаю багато компаній і дізнаюся, у чому полягають їхні грандіозні виклики. Дві групи не розмовляють одна з одною. взагалі.

10:11Що в світі біології може бути корисним на даному етапі, щоб вивести нас через таку еволюційну щілину, в якій ми опинилися? Я спробую пройти 12, дуже швидко.

10:23 Мене захоплює самозбірка. Тепер ви чули про це з точки зору нанотехнологій. Повернемося до цієї оболонки: оболонка є самозбірним матеріалом. Зліва внизу зображено перламутр, що формується з морської води. Це шарувата структура, яка є мінеральною, а потім полімерною, і це робить її дуже, дуже міцною. Він удвічі міцніший за нашу високотехнологічну кераміку. Але що справді цікаво: на відміну від нашої кераміки, яка випалюється в печах, це відбувається в морській воді. Це відбувається біля тіла організму, всередині нього. Це Національна лабораторія Сандіа. Хлопець на ім’я Джефф Брінкер знайшов спосіб створити самозбірний процес кодування. Уявіть, що ви можете виготовляти кераміку при кімнатній температурі, просто занурюючи щось у рідину, піднімаючи це з рідини та випаровуючи молекули в рідині разом, щоб вони з’єднувалися так само, як відбувається кристалізація. Уявіть собі, що всі наші тверді матеріали виготовляються таким чином. Уявіть собі, що ви розпилюєте прекурсори фотоелектричних елементів, сонячних елементів на дах і збираєте їх у багатошарову структуру, яка збирає світло.

11:43Ось один цікавий для ІТ-світу: біокремній. Це діатомова водорость, яка складається з силікатів. Отже, кремній, який ми зараз виробляємо, — це частина нашої канцерогенної проблеми у виробництві наших чіпсів — це процес біомінералізації, який зараз імітують. Це в Каліфорнійському університеті в Санта-Барбарі. Подивіться на ці діатомові водорості. Це з роботи Ернста Геккеля. Уявіть собі, що ви можете -- і, знову ж таки, це шаблонний процес, і він твердне з рідкого процесу -- уявіть, що ви можете отримати таку структуру при кімнатній температурі. Уявіть, що ви можете робити ідеальні лінзи. Ліворуч це крихка зірка; він покритий лінзами, які, як виявили люди з Lucent Technologies, не мають жодних спотворень. Це один із відомих нам об’єктивів із найбільшою кількістю спотворень. І їх багато, по всьому тілу. Знову ж таки цікаво те, що він збирається сам. Жінка на ім’я Джоанна Айзенберг із компанії Lucent зараз вчиться робити це за допомогою низькотемпературного процесу, щоб створювати такі лінзи. Вона також дивиться на волоконну оптику. Це морська губка, яка має оптоволокно. Внизу, у самій його основі, є оптоволокно, яке працює краще, ніж наше, для переміщення світла, але ви можете зав’язати їх у вузол; вони неймовірно гнучкі.

13:13 Ось ще одна велика ідея: CO2 як сировина. Хлопець на ім’я Джефф Коутс із Корнелла сказав собі: знаєте, рослини не сприймають CO2 як найбільшу отруту нашого часу. Ми бачимо це таким чином. Рослини зайняті виробництвом довгих ланцюжків крохмалю та глюкози з CO2. Він знайшов спосіб -- він знайшов каталізатор -- і він знайшов спосіб отримати CO2 і перетворити його на полікарбонати. Біорозкладаний пластик із CO2 – як рослина.

13:42Сонячні трансформації: найцікавіше. Є люди, які імітують пристрій для збирання енергії всередині фіолетової бактерії, люди з ASU. Що ще цікавіше, нещодавно, за останні пару тижнів, люди побачили, що існує фермент, який називається гідрогеназою, який здатний виділяти водень із протонів і електронів і здатний поглинати водень – це те, що відбувається в паливному елементі, в аноді паливного елемента та в оборотному паливному елементі. У наших паливних елементах ми робимо це з платиною; життя робить це за допомогою дуже, дуже звичайного заліза. І команда щойно змогла імітувати цю гідрогеназу, що жонглює воднем. Це дуже цікаво для паливних елементів — мати можливість робити це без платини.

14:33Сила форми: ось кит. Ми бачили, що на плавниках цього кита є горбки. І ці невеликі нерівності фактично підвищують ефективність, наприклад, на краю літака – підвищують ефективність приблизно на 32 відсотки. Це дивовижна економія викопного палива, якщо ми просто помістимо це на край крила. Колір без пігментів: цей павич створює колір за допомогою форми. Світло проходить, воно відбивається від шарів; це називається тонкоплівковою інтерференцією. Уявіть, що ви можете самостійно збирати вироби з останніми кількома шарами, які грають зі світлом для створення кольору. Уявіть, що ви можете створити форму на зовнішній стороні поверхні, щоб вона самоочищувалася просто водою. Ось що робить листочок. Бачите це зображення зблизька? Це куля з води, а це частинки бруду. А це зображення листя лотоса зблизька. Є компанія, яка виробляє продукт під назвою Lotusan, який імітує... коли фарба на фасаді будівлі висихає, вона імітує нерівності листя, що самоочищається, а дощова вода очищає будівлю.

15:47 Вода стане нашим великим, грандіозним викликом: втамувати спрагу. Ось два організми, які тягнуть воду. Один ліворуч — намібійський жук, який витягує воду з туману. Праворуч — жучок-таблетка — витягує воду з повітря, не п’є прісної води. Ключовими технологіями є витяг води з туману Монтерея та з пітного повітря в Атланті, перш ніж вона потрапить у будівлю.

16:19 Технології розділення будуть надзвичайно важливими. Що, якби ми сказали, більше не буде видобутку твердих порід? Що, якби ми виділили метали з потоків відходів, невеликі кількості металів у воді? Ось що роблять мікроби; вони хелатують метали з води. Тут, у Сан-Франциско, є компанія під назвою MR3, яка вбудовує імітацію молекул мікробів у фільтри для видобутку потоків відходів. Зелена хімія - це хімія у воді. Ми займаємося хімією в органічних розчинниках. Це зображення прядок, що виходять з павука, і шовку, який формується з павука. Хіба це не красиво? Зелена хімія замінює нашу промислову хімію книгами рецептів природи. Це нелегко, тому що життя використовує лише підмножину елементів періодичної таблиці. І ми використовуємо їх усі, навіть токсичні. Розробити елегантні рецепти, які б узяли невелику підмножину періодичної таблиці та створили чудо-матеріали, такі як ця клітина, є завданням екологічної хімії.

17:38 Деградація за часом: упаковка, яка є хорошою, доки ви не захочете, щоб вона була хорошою, і розчиняється миттєво. Це мідія, яку ви можете знайти у тутешніх водах, і нитки, що тримають її на скелі, виміряні; рівно в два роки вони починають розчинятися.

17:55 Зцілення: це добре. Той маленький хлопець там - тихохідний. У всьому світі є проблема, коли вакцини не потрапляють до пацієнтів. І причина в тому, що охолодження якимось чином порушується; те, що називається «холодовим ланцюгом», порушується. Хлопець на ім’я Брюс Рознер подивився на тихохідних тварин, які повністю висихають, але залишаються живими місяці, місяці, місяці, і здатні відновлюватися. І він знайшов спосіб висушити вакцини — помістити їх у такі ж цукрові капсули, як у тихохідних клітин у своїх клітинах — тобто вакцини більше не потребують охолодження. Їх можна покласти в бардачок, добре. Навчання в організмів. Це сесія про воду — вивчення організмів, які можуть обходитися без води, щоб створити вакцину, яка довговічна, довговічна і триватиме без охолодження.

19:02 Я не збираюся доходити до 12. Але те, що я збираюся зробити, це сказати вам, що найважливіше, окрім усіх цих адаптацій, це те, що ці організми знайшли спосіб робити дивовижні речі, які вони роблять, піклуючись про місце, яке піклуватиметься про їхнє потомство. Коли вони беруть участь у прелюдії, вони думають про щось дуже, дуже важливе - і це те, щоб їхній генетичний матеріал залишився через 10 000 поколінь. А це означає знайти спосіб робити те, що вони роблять, не руйнуючи місце, яке піклуватиметься про їхнє потомство. Це найбільший виклик дизайну. На щастя, є мільйони і мільйони геніїв, які готові дарувати нам свої найкращі ідеї. Успіхів у розмові з ними.

20:03 Дякую.

20:04 (Оплески)

20:18 Кріс Андерсон: Говорячи про прелюдію, я... нам потрібно дійти до 12, але дуже швидко.

20:22 Джанін Бенюс: Правда? КА: Так. Так само, як, знаєте, як 10-секундна версія 10, 11 і 12. Оскільки ми просто... ваші слайди такі чудові, а ідеї такі великі, я не можу дозволити вам піти вниз, не побачивши 10, 11 і 12.

20:33JB: Добре, поклади це -- Добре, я просто потримаю цю річ. Добре, чудово. Гаразд, значить, це зцілення. Відчуття та реагування: зворотний зв’язок — це величезна річ. Це сарана. На квадратному кілометрі їх може бути 80 мільйонів, але вони не стикаються один з одним. І все ж ми маємо 3,6 мільйона зіткнень автомобілів на рік. (Сміх) Так. У Ньюкаслі є людина, яка зрозуміла, що це дуже великий нейрон. І вона насправді придумує, як створити схему уникнення зіткнень на основі цього дуже великого нейрона сарани.

21:13 Це величезний і важливий, номер 11. І це зростаюча народжуваність. Це означає, ви знаєте, чисте землеробство. Ми повинні підвищувати народжуваність. І, о так, ми також отримуємо їжу. Тому що ми маємо збільшити потенціал цієї планети, щоб створювати все більше можливостей для життя. І справді, це те, що роблять інші організми. У сукупності це те, що роблять цілі екосистеми: вони створюють все більше можливостей для життя. У нашому господарстві все навпаки. Отже, землеробство базується на тому, як прерія будує ґрунт, скотарство – на тому, як місцеве стадо копитних насправді покращує здоров’я ареалу, навіть очищення стічних вод – на основі того, як болото не тільки очищає воду, але й створює неймовірно блискучу продуктивність.

22:05 Це простий дизайн. Я маю на увазі, що це виглядає просто, тому що система протягом 3,8 мільярдів років це вирішила. Тобто тих організмів, які не змогли зрозуміти, як покращити або підсолодити свої місця, немає поруч, щоб розповісти нам про це. Ось і дванадцятий. Життя -- і це таємниця; це магічний трюк -- життя створює умови, сприятливі для життя. Це створює ґрунт; очищає повітря; очищає воду; він змішує коктейль газів, який нам з тобою потрібен для життя. І він робить це в середині чудової прелюдії та задоволення їхніх потреб. Тож це не є взаємовиключним. Ми повинні знайти спосіб задовольнити наші потреби, перетворивши це місце на Едем.

23:05CA: Джанін, дуже дякую. (Оплески)