Angela Belcher: Menggunakan alam untuk menumbuhkan baterai
-
0:00 - 0:03Saya akan berbicara sedikit tentang bagaimana alam membuat material.
-
0:03 - 0:05Saya membawa sebuah cangkang abalon.
-
0:05 - 0:08Cangkang abalon ini adalah sebuah material biokomposit
-
0:08 - 0:11yang 98 persen massanya kalsium karbonat
-
0:11 - 0:13dan dua persen massanya protein.
-
0:13 - 0:15Tapi, benda ini 3.000 kali lebih kuat
-
0:15 - 0:17dari material geologis yang ada.
-
0:17 - 0:20Banyak orang bisa menggunakan struktur seperti abalon ini,
-
0:20 - 0:22untuk kapur misalnya.
-
0:22 - 0:24Saya terpesona oleh bagaimana alam membuat material,
-
0:24 - 0:26dan ada banyak urutan
-
0:26 - 0:28bagaimana mereka dapat melakukan pekerjaan serinci itu.
-
0:28 - 0:30Sebagian alasannya adalah karena material ini
-
0:30 - 0:32secara struktur makroskopik,
-
0:32 - 0:34tapi mereka dibentuk di skala nano.
-
0:34 - 0:36Mereka dibentuk di skala nano,
-
0:36 - 0:39dan mereka menggunakan protein yang disandi di tingkat genetik
-
0:39 - 0:42yang memampukan mereka membangun struktur yang sangat rinci ini.
-
0:42 - 0:44Jadi, yang menurut saya sangat menarik
-
0:44 - 0:47adalah bagaimana bila Anda dapat memberi kehidupan
-
0:47 - 0:49pada struktur yang tidak hidup,
-
0:49 - 0:51seperti baterai dan sel surya?
-
0:51 - 0:53Bagaimana bila mereka punya kemampuan yang sama
-
0:53 - 0:55seperti yang dilakukan cangkang abalon itu,
-
0:55 - 0:57dalam artian mampu
-
0:57 - 0:59membangun struktur yang sangat rinci
-
0:59 - 1:01pada suhu dan tekanan ruangan,
-
1:01 - 1:03menggunakan bahan yang tidak beracun
-
1:03 - 1:06dan tidak membuang bahan beracun ke lingkungan?
-
1:06 - 1:09Itulah visi yang selama ini saya pikirkan.
-
1:09 - 1:11Jadi bagaimana bila Anda bisa menumbuhkan baterai dalam cawan petri?
-
1:11 - 1:14Atau, bagaimana bila Anda dapat memberi informasi genetik pada sebuah baterai
-
1:14 - 1:16sehingga baterai itu dapat berfungsi lebih baik
-
1:16 - 1:18seiring berjalannya waktu,
-
1:18 - 1:20dan melakukannya dengan cara yang ramah lingkungan?
-
1:20 - 1:23Lalu, kembali ke cangkang abalon ini,
-
1:23 - 1:25selain strukturnya yang nano,
-
1:25 - 1:27satu hal yang mempesona,
-
1:27 - 1:29adalah ketika abalon jantan dan betina kawin,
-
1:29 - 1:31mereka mewariskan informasi genetik
-
1:31 - 1:34yang mengatakan, "Begini caranya membangun material yang rinci.
-
1:34 - 1:36Begini cara melakukannya pada suhu dan tekanan ruangan,
-
1:36 - 1:38menggunakan material tidak beracun."
-
1:38 - 1:41Sama dengan diatom, yang ditunjukkan di sini, strukturnya seperti gelas.
-
1:41 - 1:43Setiap kali diatom membelah,
-
1:43 - 1:45mereka memberi informasi genetik yang berkata,
-
1:45 - 1:47"Begini cara membuat gelas di dalam laut
-
1:47 - 1:49yang berstruktur nano secara sempurna.
-
1:49 - 1:51Dan kamu dapat melakukan hal yang sama, terus menerus."
-
1:51 - 1:53Jadi bagaimana bila Anda dapat melakukan hal yang sama
-
1:53 - 1:55pada sebuah sel surya atau baterai?
-
1:55 - 1:58Biomaterial favorit saya adalah anak saya yang berumur empat tahun.
-
1:58 - 2:01Siapapun yang pernah memiliki, atau mengenal, anak kecil
-
2:01 - 2:04tahu bahwa mereka adalah organisme yang sangat kompleks.
-
2:04 - 2:06Bila Anda ingin meyakinkan mereka
-
2:06 - 2:08untuk melakukan sesuatu yang tidak mereka inginkan, akan sangat sulit.
-
2:08 - 2:11Jadi ketika berpikir tentang teknologi masa depan,
-
2:11 - 2:13kita berpikir menggunakan bakteri dan virus,
-
2:13 - 2:15makhluk hidup yang sederhana.
-
2:15 - 2:17Dapatkah Anda meyakinkan mereka untuk bekerja dengan peralatan baru,
-
2:17 - 2:19sehingga mereka bisa membangun sebuah struktur
-
2:19 - 2:21yang akan jadi hal yang penting bagi saya?
-
2:21 - 2:23Lebih lagi, kita berpikir tentang teknologi masa depan.
-
2:23 - 2:25Kita mulai dengan awal dari Bumi.
-
2:25 - 2:27Pada dasarnya, butuh milyaran tahun
-
2:27 - 2:29sehingga kehidupan muncul di Bumi.
-
2:29 - 2:31Dan dengan sangat cepat, kehidupan menjadi bersel banyak,
-
2:31 - 2:34dapat menggandakan diri, dapat berfotosintesis
-
2:34 - 2:36sebagai cara mendapatkan sumber energi.
-
2:36 - 2:38Tapi baru setelah 500 juta tahun yang lalu --
-
2:38 - 2:40pada periode waktu geologis Kambrian --
-
2:40 - 2:43makhluk hidup di samudra mulai membuat material yang keras.
-
2:43 - 2:46Sebelumnya mereka semua mahkluk yang berstruktur lunak.
-
2:46 - 2:48Pada masa itulah
-
2:48 - 2:50ada peningkatan kalsium dan besi
-
2:50 - 2:52dan silikon di lingkungan mereka.
-
2:52 - 2:55Makhluk hidup belajar bagaimana membuat material keras.
-
2:55 - 2:57Saya ingin bisa melakukan hal itu --
-
2:57 - 2:59meyakinkan biologi
-
2:59 - 3:01untuk bekerja dengan unsur lainnya di tabel periodik.
-
3:01 - 3:03Sekarang bila Anda lihat biologi,
-
3:03 - 3:05ada banyak struktur seperti DNA dan antibodi
-
3:05 - 3:07dan protein dan ribosom yang sudah Anda dengar
-
3:07 - 3:09dan mereka sudah berstruktur nano.
-
3:09 - 3:11Jadi alam sudah memberi kita
-
3:11 - 3:13struktur yang benar-benar rinci dengan skala nano.
-
3:13 - 3:15Bagaimana bila kita dapat memanfaatkan mereka
-
3:15 - 3:17dan meyakinkan mereka untuk tidak menjadi antibodi
-
3:17 - 3:19yang berakibat seperti HIV?
-
3:19 - 3:21Tapi bagaimana bila kita dapat meyakinkan mereka
-
3:21 - 3:23untuk membangun sebuah sel surya untuk kita?
-
3:23 - 3:25Ini beberapa contohnya: ini adalah beberapa cangkang alami.
-
3:25 - 3:27Ini adalah material biologis alami.
-
3:27 - 3:29Cangkang abalon di sini -- bila Anda memecahkannya,
-
3:29 - 3:31Anda dapat melihat bukti bahwa strukturnya nano.
-
3:31 - 3:34Ada diatom yang terdiri dari SiO2,
-
3:34 - 3:36dan ada bakteria magnetotatis
-
3:36 - 3:39yang membuat magnet tunggal kecil yang digunakan untuk navigasi.
-
3:39 - 3:41Kesamaan contoh-contoh ini
-
3:41 - 3:43adalah bahwa material itu disusun pada skala nano,
-
3:43 - 3:45dan mereka punya sekuen DNA
-
3:45 - 3:47yang menyandi sebuah sekuen protein,
-
3:47 - 3:49yang memberi mereka cetak biru
-
3:49 - 3:51untuk dapat membangun struktur yang sungguh mengagumkan ini.
-
3:51 - 3:53Sekarang, kembali ke cangkang abalon,
-
3:53 - 3:56abalon membuat cangkang ini dengan protein-protein ini.
-
3:56 - 3:58Protein ini bermuatan sangat negatif.
-
3:58 - 4:00Mereka dapat menarik kalsium dari lingkungan,
-
4:00 - 4:03menyusun lapisan kalsium lalu karbonat, kalsium dan karbonat.
-
4:03 - 4:06Ada sekuen kimia asam-asam amino
-
4:06 - 4:08yang berkata, "Begini cara membangun strukturnya.
-
4:08 - 4:10Ini sekuen DNA-nya, ini sekuen proteinnya
-
4:10 - 4:12untuk melakukan pekerjaan itu."
-
4:12 - 4:15Bagaimana bila Anda dapat mengambil material yang Anda inginkan,
-
4:15 - 4:17atau unsur apapun dalam tabel periodik,
-
4:17 - 4:20dan menemukan sekuen DNA yang cocok dengan itu,
-
4:20 - 4:22lalu menyandinya untuk sekuen protein yang cocok
-
4:22 - 4:25untuk membangun sebuah struktur, tapi bukan cangkang abalon --
-
4:25 - 4:27membangun sesuatu yang, di alam,
-
4:27 - 4:30belum pernah dibuat di alam.
-
4:30 - 4:32Ini adalah tabel periodiknya.
-
4:32 - 4:34Saya sungguh suka tabel periodik ini.
-
4:34 - 4:37Setiap tahun untuk mahasiswa baru di MIT,
-
4:37 - 4:39saya membuat tabel periodik yang bertuliskan,
-
4:39 - 4:42"Selamat datang di MIT. Sekarang Anda berada dalam unsur Anda."
-
4:42 - 4:45Silakan Anda balik, di sana ada asam-asam amino
-
4:45 - 4:47dengan pH di mana mereka punya muatan berbeda.
-
4:47 - 4:50Saya memberikan ini pada ribuan orang.
-
4:50 - 4:52Saya tahu ada tulisan MIT, dan ini Caltech,
-
4:52 - 4:54tapi saya punya kelebihan bila Anda mau.
-
4:54 - 4:56Saya sungguh beruntung
-
4:56 - 4:58dikunjungi Presiden Obama di lab saya tahun ini,
-
4:58 - 5:00pada kunjungannya ke MIT,
-
5:00 - 5:02saya sungguh ingin memberinya sebuah tabel periodik.
-
5:02 - 5:04Saya tak bisa tidur, dan saya bicara pada suami saya,
-
5:04 - 5:07"Bagaimana cara saya memberi tabel periodik pada Presiden Obama?
-
5:07 - 5:09Bagaimana bila dia bilang, 'Oh, saya sudah punya satu,'
-
5:09 - 5:11atau, 'Saya sudah menghafalnya'?"
-
5:11 - 5:13Lalu dia berkunjung ke lab saya
-
5:13 - 5:15dan melihat-lihat -- itu kunjungan yang baik.
-
5:15 - 5:17Lalu kemudian saya berkata,
-
5:17 - 5:19"Pak, saya ingin memberi Anda tabel periodik
-
5:19 - 5:23untuk jaga-jaga bila suatu saat Anda butuh menghitung berat molekul."
-
5:23 - 5:25Saya pikir berat molekul terdengar jauh lebih tidak aneh
-
5:25 - 5:27daripada massa molar.
-
5:27 - 5:29Lalu dia melihat tabel itu,
-
5:29 - 5:31dan dia berkata,
-
5:31 - 5:33"Terima kasih. Saya akan melihatnya secara periodik."
-
5:33 - 5:35(Tawa)
-
5:35 - 5:39(Tepuk tangan)
-
5:39 - 5:42Kemudian pada ceramahnya tentang energi bersih,
-
5:42 - 5:44dia mengeluarkannya dan berkata,
-
5:44 - 5:46"Orang-orang di MIT membagi-bagikan tabel periodik."
-
5:46 - 5:49Pada dasarnya yang belum saya katakan adalah
-
5:49 - 5:52bahwa sekitar 500 juta tahun lalu, makhluk hidup mulai membuat material,
-
5:52 - 5:54tapi mereka butuh sekitar 50 juta tahun untuk jadi mahir.
-
5:54 - 5:56Mereka butuh waktu sekitar 50 juta tahun
-
5:56 - 5:58untuk belajar menyempurnakan cara membuat cangkang abalon itu.
-
5:58 - 6:00Itu bukan hal yang menarik bagi murid pascasarjana.
-
6:00 - 6:03"Saya punya proyek besar -- 50 juta tahun."
-
6:03 - 6:05Maka kami harus mengembangkan cara
-
6:05 - 6:07untuk mencoba melakukan hal ini lebih cepat.
-
6:07 - 6:09Maka kami menggunakan virus yang tidak beracun
-
6:09 - 6:11yang disebut bakteriofag M13
-
6:11 - 6:13yang kerjanya menginfeksi bakteria.
-
6:13 - 6:15Dia punya sebuah struktur DNA yang sederhana
-
6:15 - 6:17sehingga Anda dapat masuk, memotong, dan merekatkan
-
6:17 - 6:19sekuen DNA tambahan di dalamnya.
-
6:19 - 6:21Dengan melakukan hal itu, virus itu dapat
-
6:21 - 6:24mengekspresikan sekuen protein yang acak.
-
6:24 - 6:26Ini bioteknologi yang cukup mudah.
-
6:26 - 6:28Pada dasarnya Anda dapat melakukannya milyaran kali.
-
6:28 - 6:30Anda dapat bekerja dan memiliki semilyar virus yang berbeda
-
6:30 - 6:32yang identik secara genetis,
-
6:32 - 6:34tapi satu sama lain berbeda pada satu hal,
-
6:34 - 6:36pada satu sekuen
-
6:36 - 6:38yang menyandi satu protein.
-
6:38 - 6:40Bila Anda ambil semua milyaran virus itu,
-
6:40 - 6:42dan Anda dapat menaruhnya dalam satu tetes cairan,
-
6:42 - 6:45Anda dapat memaksa mereka berinteraksi dengan apapun yang Anda inginkan di tabel periodik.
-
6:45 - 6:47Dan melalui sebuah proses seleksi evolusi,
-
6:47 - 6:50Anda dapat mengambil satu dari satu milyar itu yang melakukan sesuatu yang Anda inginkan,
-
6:50 - 6:52seperti menumbuhkan sebuah baterai atau sel surya.
-
6:52 - 6:55Pada dasarnya virus tak dapat menggandakan diri sendiri, mereka butuh inang.
-
6:55 - 6:57Saat Anda menemukan satu dari semilyar itu,
-
6:57 - 6:59Anda infeksikan virus itu ke bakteri,
-
6:59 - 7:01dan Anda buat berjuta-juta kopi salinan
-
7:01 - 7:03dari sekuen tertentu itu.
-
7:03 - 7:05Hal lain yang menarik tentang biologi
-
7:05 - 7:07adalah bahwa biologi memberi Anda struktur yang sungguh rinci
-
7:07 - 7:09dengan sambungan sisik yang bagus.
-
7:09 - 7:11Virus-virus ini panjang dan kurus,
-
7:11 - 7:13dan kita dapat menggunakan mereka mengekspresikan kemampuan
-
7:13 - 7:15untuk menumbuhkan sesuatu seperti semikonduktor
-
7:15 - 7:17atau material untuk baterai.
-
7:17 - 7:20Ini adalah baterai bertenaga besar yang kami tumbuhkan di lab saya.
-
7:20 - 7:23Kami merekayasa sebuah virus untuk mengambil tabung karbon nano.
-
7:23 - 7:25Satu bagian virus mengambil tabung karbon nano.
-
7:25 - 7:27Bagian virus lainnya punya sekuen
-
7:27 - 7:30yang dapat menumbuhkan material elektroda untuk sebuah baterai.
-
7:30 - 7:33Lalu virus itu menyambungkan dirinya sendiri ke pengumpul arus.
-
7:33 - 7:35Melalui sebuah proses seleksi evolusi,
-
7:35 - 7:38kami maju dari punya sebuah virus yang menghasilkan baterai yang rapuh
-
7:38 - 7:40ke virus yang menghasilkan baterai yang bagus
-
7:40 - 7:43ke virus yang menghasilkan baterai yang bertenaga besar dan memecahkan rekor
-
7:43 - 7:46semua itu dibuat di suhu ruangan, di atas meja.
-
7:46 - 7:49Baterai itu dibawa ke Gedung Putih untuk konferensi pers.
-
7:49 - 7:51Saya membawanya ke sini.
-
7:51 - 7:54Anda dapat melihatnya ada di dalam wadah ini -- menyalakan LED ini.
-
7:54 - 7:56Bila kita dapat memperbesar skalanya,
-
7:56 - 7:58Anda dapat menggunakannya
-
7:58 - 8:00untuk menjalankan mobil Prius Anda,
-
8:00 - 8:03itu mimpi saya -- dapat mengendarai mobil bertenaga virus.
-
8:04 - 8:06Tapi pada dasarnya --
-
8:06 - 8:09Anda dapat ambil satu dari satu juta.
-
8:09 - 8:11Anda dapat memperbanyaknya berulang kali.
-
8:11 - 8:13Anda melakukan amplifikasi di lab.
-
8:13 - 8:15Lalu Anda membuatnya menyusun dirinya sendiri
-
8:15 - 8:17menjadi struktur seperti baterai.
-
8:17 - 8:19Kami juga mampu melakukan hal yang sama dengan katalisis.
-
8:19 - 8:21Ini contohnya
-
8:21 - 8:23fotokatalisis membelah molekul air.
-
8:23 - 8:25Apa yang sudah dapat kami lakukan
-
8:25 - 8:28adalah merekayasa virus untuk mengambil molekul penyerap warna
-
8:28 - 8:30dan menatanya di permukaan virus itu
-
8:30 - 8:32sehingga molekul tersebut berperan sebagai antena,
-
8:32 - 8:34dan terjadi transfer energi melalui virus itu.
-
8:34 - 8:36Lalu kami memberinya gen kedua
-
8:36 - 8:38untuk menumbuhkan material inorganik
-
8:38 - 8:40yang dapat digunakan untuk membelah air
-
8:40 - 8:42menjadi oksigen dan hidrogen,
-
8:42 - 8:44yang dapat digunakan untuk bahan bakar yang bersih.
-
8:44 - 8:46Saya bawa contohnya bersama saya hari ini.
-
8:46 - 8:48Mahasiswa saya berjanji ini akan bekerja.
-
8:48 - 8:50Ini adalah kawat nano yang disusun dari virus.
-
8:50 - 8:53Ketika Anda menyinarinya, Anda dapat melihat mereka bergelembung.
-
8:53 - 8:56Dalam hal ini Anda sedang melihat gelembung oksigen keluar.
-
8:57 - 9:00Pada dasarnya dengan mengendalikan gen,
-
9:00 - 9:03Anda dapat mengatur beberapa material yang dapat meningkatkan kinerja piranti Anda.
-
9:03 - 9:05Contoh terakhir adalah sel surya.
-
9:05 - 9:07Anda juga dapat melakukan hal ini pada sel surya.
-
9:07 - 9:09Kami telah mampu merekayasa virus
-
9:09 - 9:11untuk mengambil tabung karbon nano
-
9:11 - 9:15dan lalu menumbuhkan titanium dioksida di sekitar mereka --
-
9:15 - 9:19yang digunakan untuk menyalurkan elektron melalui piranti itu.
-
9:19 - 9:21Apa yang kami temukan adalah melalui rekayasa genetik,
-
9:21 - 9:23kita dapat benar-benar meningkatkan
-
9:23 - 9:26efisiensi sel-sel surya ini
-
9:26 - 9:28sampai ke angka rekor
-
9:28 - 9:31untuk sistem yang disensitisasi pewarna semacam ini.
-
9:31 - 9:33Saya juga bawa satu contohnya
-
9:33 - 9:36jadi Anda bisa bermain dengannya di luar nanti.
-
9:36 - 9:38Jadi ini adalah sel surya berbasis virus.
-
9:38 - 9:40Melalui evolusi dan seleksi,
-
9:40 - 9:43kami mengembangkannya dari sel surya berefisiensi 8%
-
9:43 - 9:46ke sel surya berefisiensi 11%.
-
9:46 - 9:48Saya harap saya telah meyakinkan Anda
-
9:48 - 9:51bahwa ada banyak hal yang besar dan menarik untuk dipelajari
-
9:51 - 9:53tentang bagaimana alam membuat material --
-
9:53 - 9:55dan membawanya ke tingkat lebih lanjut
-
9:55 - 9:57untuk mengetahui apakah Anda dapat memaksa,
-
9:57 - 9:59atau Anda dapat mengambil keuntungan dari bagaimana alam membuat material,
-
9:59 - 10:02untuk membuat hal yang belum pernah dibuat di alam.
-
10:02 - 10:04Terima kasih.
- Title:
- Angela Belcher: Menggunakan alam untuk menumbuhkan baterai
- Speaker:
- Angela Belcher
- Description:
-
Terinspirasi oleh sebuah cangkang abalon, Angela Belcher memrogram virus untuk membuat struktur skala nano yang elegan yang dapat digunakan manusia. Dengan memilih gen yang berkinerja baik melalui evolusi terarah, dia menghasilkan virus yang dapat menyusun baterai baru yang kuat, bahan bakar hidrogen, dan sel surya yang memecahkan rekor. Di TEDxCaltech, dia menunjukkan bagaimana dia melakukannya.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 10:05