ג'אנין בניוס משתפת בעיצובים של הטבע

בהרצאה מעוררת השראה זו על התפתחויות חדשות בביו-חיקוי, ג'אנין בניוס מספקת דוגמאות מרגשות של דרכים בהן הטבע כבר משפיע על תכנון מוצרים ומערכות שאנחנו בונים.

לעונג לי להיות פה בכנס

המוקדש ל"השראה מהטבע" - כפי שאתם יכולים לשער.

אני גם נרגשת להיות בחלק של המשחק המקדים.

שמתם לב שהחלק הזה הוא משחק מקדים?

כיוון שיוצא לי לדבר על אחד היצורים החביבים עלי,

שהוא הטבלן המערבי. לא חייתם באמת

עד שראיתם את החבר'ה האלה בריקוד החיזור שלהם.

הייתי על אגם בומן בפארק הלאומי גלישייר,

שהוא אגם ארוך וצר עם מעין הרים הפוכים בתוכו,

ולשותף שלי ולי היתה סירת משוטים.

וכך חתרנו לנו, ואחד הטבלנים המערביים הצטרף אלינו.

ומה שהם עושים בריקוד החיזור שלהם, הם הולכים יחד,

שניהם, הזוג, ומתחילים לרוץ מתחת למים.

הם משכשכים מהר יותר, ויותר, ויותר, עד שהם כל-כך מהירים

שהם פשוט מתרוממים מחוץ למים,

והם עומדים זקופים, ומשכשכים מעל למים.

ואחד הטבלנים האלה הצטרף אלינו בזמן שחתרנו.

אז אנחנו חותרים מאוד, מאוד מהר.

והטבלן הזה רואה בנו בטעות, אני חושבת, מועמד לחיזור,

ומתחיל לרוץ לאורך המים לצידנו,

בריקוד חיזור - לאורך קילומטרים.

הוא היה עוצר, ומתחיל, ועוצר, ומתחיל שוב.

עכשיו, זהו משחק מקדים.

(צחוק)

אוקיי. הייתי ככה קרובה להחליף את המין שלי לטבלן באותו הרגע.

כמובן, החיים יכולים ללמד אותנו משהו

לגבי החלק הבידורי, בסדר. החיים יכולים ללמד אותנו הרבה.

אבל היום אני רוצה לדבר

על מה שהחיים יכולים ללמד אותנו על טכנולוגיה ועיצוב.

מה שקרה מאז שהספר יצא -

הספר הוא בעיקר בנוגע למחקרים בביו-חיקוי.

ומה שקרה מאז הוא שארכיטקטים, מעצבים, מהנדסים

אנשים שיוצרים את עולמנו - התחילו להתקשר ולומר,

אנחנו רוצים ביולוג שישב ליד שולחן העיצוב

ויעזור לנו, בזמן אמת, למצוא מקורות השראה.

או - ומבחינתי, זה החלק הכיפי - אנחנו רוצים שתקחי אותנו החוצה

אל הטבע. אנחנו נבוא עם אתגר עיצובי

ונמצא את המסתגלים הטובים ביותר בטבע, שיהוו עבורנו השראה.

אז זו תמונה מטיול שערכנו לגלפגוס

עם כמה מהנדסי מים; הם מטהרים מי שופכין.

וכמה מהם מאוד התנגדו, למען האמת, להיות שם.

מה שהם אמרו לנו בהתחלה היה, אתם יודעים, אנחנו כבר עושים ביו-חיקויים.

אנחנו משתמשים בבקטריה לנקות את המים. ואנחנו אמרנו,

זה לא בדיוק - זו לא בדיוק השראה מהטבע.

זה עיבוד באמצעות הטבע, אתם יודעים; זו טכנולוגיה שנעזרת בביולוגיה:

השימוש באורגניזם לטיהור מי שופכין

הוא טכנולוגיה ישנה מאוד שנקראת "ביות."

אנחנו רוצים ללמוד משהו, ללמוד רעיון, מאורגניזם וליישם אותו.

אבל הם עדיין לא קלטו את הרעיון.

אז הלכנו לטיול על החוף ואמרתי,

טוב, תנו לי את אחת הבעיות הגדולות שלכם. תנו לי אתגר עיצובי,

מכשול, שמונע מכם להמשיך ולגדול.

והם אמרו אבנית, שהיא הצטברות של מינרלים בתוך צינורות.

והם אמרו, את יודעת - הבעיה היא, שמינרל -

בדיוק כמו בבית שלך - מינרל מצטבר.

ואז הפתח נסתם, וצריך לשטוף את הצינורות עם רעלים,

או שצריך לחפור אותם החוצה.

אז אם הייתה לנו דרך לעצור את האבנית -

וכך הרמתי כמה צדפים מהחוף. ושאלתי אותם,

מהי אבנית? מה יש לכם בתוך הצינורות?

והם אמרו, סידן פחמתי.

ואמרתי, זה מה שזה; זה סידן פחמתי.

והם לא ידעו את זה.

הם לא ידעו ממה עשוי צדף,

החלבונים משמשים כתבנית, ואז יונים ממי-הים

מתגבשים במקומם על מנת ליצור צדף.

אז אותו תהליך, בלי החלבונים,

קורה בתוך הצינורות. הם לא ידעו.

זה לא חוסר באינפורמציה; זה חוסר באינטגרציה.

אתם יודעים, זה בור, אנשים נמצאים בבורות. הם לא ידעו

שאותו דבר קורה. אז אחד מהם חשב על זה

ואמר, בסדר, אז אם זו רק התגבשות

שקורית באופן טבעי ממי ים - הרכבה עצמית -

אז למה צדפים מוגבלים בגודל? מה עוצר את האבנית?

למה הם לא פשוט ממשיכים לגדול?

אז אמרתי, טוב, באותה דרך שהם -

כמו שהם מפרישים חלבון והוא מתחיל את ההתגבשות -

ואז הם כולם רכנו פנימה -

כך הם מפרישים חלבון שעוצר את ההתגבשות.

הוא עוקב אחר השפה הגדלה של הגביש.

ולמען האמת, יש מוצר בשם TPA

שמחקה את החלבון - חלבון העצירה -

וזו דרך ידידותית לסביבה לעצור את האבנית בצינורות.

זה שינה הכל. מאותו רגע,

לא יכולתם להחזיר את המהנדסים חזרה לסירה.

ביום הראשון הם יצאו לסיור,

והכל היה קליק, קליק, קליק, קליק. תוך חמש דקות הם היו חזרה בסירה.

סיימנו. אתם יודעים, ראיתי את האי.

אחרי זה,

הם זחלו בכל מקום. הם לא היו -

הם היו צוללים לכמה זמן שרק הרשנו להם.

מה שקרה הוא שהם הבינו שיש אורגניזמים

שכבר פתרו את הבעיות

שהם בילו את הקריירות שלהם בנסיון לפתור.

ללמוד על הטבע הוא דבר אחד,

ללמוד מהטבע - זה ההבדל.

זה הבדל עמוק.

מה שקרה הוא שהם הבינו שהתשובות לשאלות שלהם נמצאות בכל מקום;

הם רק היו צריכים להחליף את העדשות דרכם הם ראו את העולם.

3.8 מיליארד שנים של ניסויי שדה

10 עד 30 - קרייג ונטר כנראה יאמר לכם;

אני חושבת שיש הרבה יותר מ-30 מיליון - פתרונות מעובדים-היטב.

הדבר החשוב עבורי הוא שאלה הם פתרונות שעובדו בהקשר מסוים.

וההקשר הוא כדור הארץ -

אותו ההקשר בו אנו מנסים לפתור את הבעיות שלנו.

אז מדובר בהדמיה מודעת של הגאונות של החיים.

זה לא סתם חיקוי עיוור -

למרות שאל מנסה לחקות את התסרוקת -

זה לא סתם חיקוי עיוור. מדובר על לקיחת עקרונות תכנון,

הגאונות של עולם הטבע, ולימוד מהם.

עכשיו, בקבוצה עם כל כך הרבה אנשי IT, אני צריכה לומר -

יש משהו שאני לא אדבר עליו, והוא שהתחום שלכם

הוא אחד התחומים שלמדו המון מיצורים חיים,

בצד התוכנה. כך שיש מחשבים שמגינים על עצמם,

כמו מערכת חיסונית, ואנחנו לומדים מויסות גנטי

והתפתחות ביולוגית. ואנחנו לומדים מרשתות נוירונים,

אלגוריתמים גנטיים, מחשוב אבולוציוני.

זה בצד התוכנה. אבל מה שמעניין עבורי

הוא שלא הסתכלנו על זה מספיק. כלומר, המכונות האלה

אינן טכנולוגיה מאוד מתקדמת להערכתי

במובן זה שיש עשרות על עשרות של קרצינוגנים

במים בעמק הסיליקון.

אז החומרה

ממש לא ברמה לה עולם החי היה קורא הצלחה.

אז מה אנחנו יכולים ללמוד על ייצור - לא רק של מחשבים, אלא של כל דבר?

המטוס איתו הגעתם לכאן, מכוניות, הכסאות עליהם אתם יושבים.

איך אנחנו מתכננים מחדש את העולם אותו אנו יוצרים, העולם יציר-כפינו?

חשוב יותר, מה עלינו לשאול בעשר השנים הקרובות?

ויש הרבה טכנולוגיות מגניבות שיש לעולם החי להציע.

אז מה בתוכנית הלימודים?

עבורי, יש שלוש שאלות מפתח.

איך החיים יוצרים דברים?

זה ההיפך, זה איך אנחנו יוצרים דברים.

אנחנו מחממים, מכים, ומעבדים -

זה מה שמהנדסי חומרים עושים.

וזה גילוף דברים מתוך שלם, עם 96 אחוז פסולת נותרת

ורק 4 אחוז של מוצר. אתם מחממים את זה, מכים ומרקעים בלחץ גבוה,

מעבדים באמצעות כימיקלים. בסדר. מחממים, מכים, ומעבדים.

החיים לא יכולים להרשות לעצמם את זה. איך חיים מייצרים דברים?

איך החיים מפיקים את המירב מתוך דברים?

זהו גרגר אבקת פרחי גרניום.

והצורה שלו היא זו שנותנת לו את היכולת

להינשא באויר כל כך בקלות, בסדר? תסתכלו על הצורה שלו.

החיים מוסיפים מידע לחומר.

במילים אחרות: מבנה.

הם מוסיפים מידע. בכך שהם מוסיפים מידע,

הם מאפשרים תפקוד שונה מאשר אילו לא היה המבנה קיים.

ודבר שלישי, איך החיים גורמים לדברים להיעלם בתוך מערכות?

כי החיים לא באמת עוסקים בדברים;

אין דברים בעולם הטבע שנפרדים

מהמערכות בהן הם נמצאים.

גרסה מקוצרת של תוכנית הלימודים.

ככל שאני קוראת יותר, ועוקבת אחר הסיפור,

יש כמה דברים מדהימים שעולים ממדעי החיים.

ובאותו זמן, אני מקשיבה לעסקים רבים

ומוצאת מה האתגרים הגדולים שלהם.

שתי הקבוצות לא מדברות אחת עם השנייה.

בכלל.

מה בעולם הביולוגיה יכול להיות מועיל בנקודה זו,

על מנת להוציא אותנו מהפלונטר האבולוציוני בו אנו נמצאים?

אני אנסה לסקור בקצרה 12 רעיונות.

אוקיי, אחד שמרגש אותי הוא הרכבה-עצמית.

עכשיו, שמעתם על זה בהקשר של ננו-טכנולוגיה.

חזרה לצדף: הצדף הוא חומר שמרכיב את עצמו.

בצד השמאלי למטה יש תמונה של אם הפנינה

נוצרת מתוך מי ים. זהו מבנה שכבתי של מינרל

ואז פולימר, והוא עושה אותו מאוד, מאוד קשיח.

הוא קשיח פי שניים מקרמיקות הי-טק.

אבל מה שמאוד מעניין הוא שבשונה מהקרמיקות שלנו שנוצרות במשרפות,

זה קורה במי ים. זה קורה בתוך גופו של האורגניזם וקרוב מאוד אליו.

אוקיי, אנשים מתחילים -

אלה מעבדות סנדיה; בחור בשם ג'ף ברינקר

מצא דרך ליצור תהליך קידוד בהרכבה עצמית.

תארו לעצמכם אפשרות ליצור קרמיקה בטמפרטורת החדר

פשוט על ידי טבילת משהו בנוזל,

הוצאתו מתוך הנוזל, ונתינה לתהליך האידוי

להכריח את המולקולות בנוזל להיצמד אחד לשני,

כך שהם מצטרפים יחד

באותו אופן בו עובד תהליך התגבשות.

תארו לעצמכם שכך ניתן לייצר את כל החמרים הקשיחים.

תארו לעצמכם ריסוס של קודמן ליצירת תא פוטו-וולטאי, תא סולרי,

על גבי גג, כך שהוא ירכיב את עצמו לשכבה שממירה אור לחשמל.

הנה רעיון מעניין לעולם ה-IT:

ביו-סיליקון. זהו דיאטום עשוי מסיליקטים.

וכך סיליקון, שאנחנו מייצרים בימים אלו -

זה חלק מהבעיה הקרצינוגנית בייצור השבבים שלנו -

זהו תהליך ביו-מינרליזציה שאותו אנחנו מחקים עכשיו.

זוהי אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה. הסתכלו על הדיאטומים האלה;

זה לקוח מעבודתו של ארנסט הקל.

דמיינו יכולת - ושוב, זהו תהליך תבניתי,

והוא מתמצק מתוך תהליך נוזלי - דמיינו יכולת לגרום

למבנה כזה להיבנות בטמפרטורת החדר.

דמיינו יכולת ליצור עדשות מושלמות.

מצד שמאל, זהו כוכב ים; הוא מכוסה בעדשות

שכפי שהאנשים בלוסנט גילו

הינן לחלוטין חסרות עיוותים.

אלו בין העדשות חסרות העיוותים ביותר המוכרות למין האנושי.

ויש המון מהן, כל הגוף מכוסה בהן.

מה שמעניין כאן, שוב, הוא שהן קורות בהרכבה-עצמית.

אישה בשם ג'ואנה איזנברג, בחברת לוסנט,

לומדת עכשיו לעשות זאת בתהליך בטמפרטורה נמוכה על מנת ליצור

עדשות כאלה. היא גם בוחנת סיבים אופטיים.

זהו ספוג ים שיש לו סיב אופטי.

למטה בבסיס שלו, יש סיב אופטי

שעובד טוב יותר משלנו, למעשה, בהעברת אור.

אבל אתם יכולים לעשות איתם קשר; הם גמישים באופן מופלא.

הנה עוד רעיון גדול: פחמן דו חמצני כמצע גידול.

בחור בשם ג'ף קואטס, באוניברסיטת קורנל, אמר לעצמו,

אתם יודעים, צמחים לא רואים בפחמן דו חמצני את הרעל הגדול ביותר של זמננו.

אנחנו רואים אותו ככזה. צמחים עסוקים ביצירת שרשראות ארוכות

של עמילנים וסוכרים, נכון, מתוך פחמן דו חמצני. הוא מצא דרך -

הוא מצא זרז, והוא מצא דרך לקחת פחמן דו חמצני

ולהפוך אותו לפוליקרבונט. פלסטיק מתכלה

מתוך פחמן דו חמצני - ממש כמו צמח.

טרנספורמציות סולאריות: הרעיון הכי מרגש.

אלו אנשים שמחקים את התקן המרת האנרגיה

שנמצא בבקטריה סגולה, אנשים מ-ASU. ואפילו יותר מעניין,

לאחרונה, בשבועות האחרונים, אנשים ראו

שיש אנזים בשם הידורגנז שמסוגל לייצר

מימן מתוך פרוטונים ואלקטרונים.והוא מסוגל ליצור מימן -

באופן בסיסי, מה שקורה בתא דלק, באנודה של תא דלק

ובתא דלק הפיך.

בתאי הדלק שלנו, אנחנו עושים את זה עם פלטינה.

החיים עושים את זה עם יסוד נפוץ מאוד - ברזל.

וצוות הצליח ממש לאחרונה לחקות

את פעולת האנזים.

זה מאוד מרגש עבור תאי דלק -

להיות מסוגל לעשות את זה בלי פלטינה.

הכוח של הצורה: הנה לווייתן. ראינו שעל הסנפירים של לוויתן זה

יש גבשושיות. והבליטות הקטנות האלה

דווקא מגבירות את היעילות, לדוגמא,

בקצה של מטוס - מגבירות את היעילות ב-32 אחוז לערך.

אשר מהווה חיסכון מדהים בדלק,

אם היינו פשוט שמים את זה על קצה הכנף.

צבע ללא פיגמנטים: טווס זה יוצר צבע על ידי צורה.

האור עובר, ומוחזר מהשכבות;

קוראים לזה התאבכות משכבות דקות. דמיינו יכולת

לעשות הרכבה עצמית של מוצרים שהשכבות האחרונות שלהם

משחקות עם אור על מנת ליצור צבע.

דמיינו אפשרות ליצור צורה על החלק החיצוני של פני השטח,

כך שהוא יבצע ניקוי-עצמי באמצעות מים. זה מה שעלה עושה.

רואים את התקריב?

זה כדור של מים, ואלו הם חלקיקי לכלוך.

וזה תקריב של עלה הלוטוס.

יש חברה המייצרת מוצר שנקרא Lotusan, אשר מחקה -

כאשר הצבע בחזית הבניין מתייבש, הוא מחקה את הבליטות

בעלה בעל ניקוי עצמי, ואז מי גשמים מנקים את הבניין.

מים הולכים להיות האתגר הגדול, המרכזי שלנו:

להרוות צימאון.

הנה שני אורגניזמים שמפיקים מים.

משמאל חיפושית נמיבית שמפיקה מים מתוך ערפל.

מימין זהו אורי כדורי - הוא מפיק מים מתוך האויר.

לא שותה מים.

הפקת והפרדת מים מתוך הערפל במונטריי ומתוך האויר הלח באטלנטה,

לפני כניסה למבנים, היא טכנולוגיית מפתח.

טכנולוגיות הפרדה יהיו חשובות ביותר.

מה אם נאמר, די לכריית אבנים?

מה אם נפיק מתכות מתוך זרמים של פסולת -

כמויות קטנות של מתכת במים? זה מה שמיקרובים עושים,

הם מפרידים מתכות מתוך מים.

יש חברה כאן בסאן פרנסיסקו בשם MR3

שמטמיעה חיקויים של מולקולות של מיקרובים על גבי פילטרים

על מנת לכרות מתוך זרמי פסולת.

כימיה ירוקה היא כימיה בתוך מים.

אנחנו עושים כימיה בסולבנטים אורגניים.

זוהי תמונה של הקורים יוצאים מתוך עכביש,

והמשי שנוצר מהעכביש. האין זה יפהפה?

כימיה ירוקה מחליפה את הכימיה התעשייתית שלנו עם ספר המתכונים של הטבע.

זה לא קל, כיוון שהחיים משתמשים

רק בחלק קטן מהיסודות בטבלא המחזורית.

ואנחנו משתמשים בכולם, אפילו באלו הרעילים.

מציאת המתכונים האלגנטיים שיקחו קבוצה קטנה

של יסודות, וייצרו חומרים פלאיים כמו זה,

זוהי משימתה של הכימיה הירוקה.

התפרקות מתוזמנת: אריזה שהיא טובה

עד שלא תרצו אותה יותר, ואז מתמוססת לפי פקודה.

זוהי צדפה שתוכלו למצוא במים כאן.

והחוטים שקושרים אותה לסלע מתוזמנים - תוך בדיוק שנתיים

הם מתחילים להתמוסס.

ריפוי: זה רעיון טוב.

הבחור הקטן כאן הוא דובון מים.

יש בעיה ברחבי העולם שחיסונים

לא מגיעים לפציינטים. והסיבה לכך היא

שהקירור מתקלקל לאורך הדרך;

"השרשרת הקרה" נשברת, קוראים לזה.

ובחור בשם ברוס רוזנר הסתכל על דובוני המים -

שמתייבשים לחלוטין, ובכל זאת נשארים בחיים במשך חודשים

וחודשים, וחודשים, ומסוגלים להחזיר את עצמם לתחייה.

והוא מצא שיטה לייבש חיסונים -

לאחסן אותם באותו סוג של כמוסות סוכר

שיש לדובון המים בתוך התאים שלו -

והתוצאה היא שהחיסונים כבר לא חייבים להישמר בקירור.

אפשר לאחסן אותם בתא הכפפות.

לימוד מאורגניזמים. כאן מדובר על מים -

ללמוד מאורגניזמים שיכולים להסתדר בלי מים,

על מנת ליצור חיסונים שיכולים להשתמר לאורך זמן ללא קירור.

אני לא אגיע ל-12...

אבל מה שאומר לכם הוא שהדבר החשוב ביותר,

מלבד כל ההתאמות האלה, הוא העובדה שהאורגניזמים הללו

מצאו דרך לעשות את כל הדברים המופלאים שהם עושים

תוך שהם דואגים לסביבה

שתדאג לצאצאיהם.

כאשר הם עוסקים במשחק מקדים,

הם חושבים על משהו מאוד, מאוד, חשוב,

והוא איך לשמר את החומר הגנטי שלהם

10,000 דורות מהיום.

ופירושו של דבר, למצוא דרך לעשות את מה שהם עושים

מבלי להרוס את הסביבה שתדאג לצאצאים שלהם.

זהו האתגר התכנוני הגדול ביותר.

למרבה המזל, יש מיליונים על מיליונים של גאונים

שמוכנים לתת לנו את רעיונותיהם הטובים ביותר.

בהצלחה בשיחה איתם.

תודה.

(מחיאות כפיים)

כריס אנדרסון: אם כבר מדברים על משחק מקדים, אני - אנחנו חייבים לשמוע את כל ה-12, אבל מאוד מהר.

ג'נין בניוס: אה, באמת?

כא: כן. כלומר, את יודעת, תקצירים של 10 שניות

של 10, 11, ו-12. כיוון שאנחנו חייבים - השקפים שלך מהממים,

והרעיונות כל כך גדולים, שאני לא יכול לתת לך לרדת

בלי להראות את 10, 11, ו-12.

גב: אוקיי, אני רק אחזיק את זה. אוקיי, מעולה.

אוקיי, אז זה על ריפוי.

חישה ותגובה: פידבק הוא דבר אדיר.

זהו ארבה. יכולים להיות 80 מיליון מהם בקילומטר רבוע,

ועדיין, הם לא מתנגשים אחד עם השני.

עם זאת, יש לנו 3.6 מיליון התנגשויות בין מכוניות כל שנה.

(צחוק)

נכון. יש מישהי בניוקסל

שהבינה שיש ניורון גדול מאוד.

והיא חוקרת איך לממש

מעגל למניעת התנגשויות

בהתבסס על הנוירון הגדול הזה בארבה..

זה גדול וחשוב, מספר 11.

והוא גידול פריון.

כלומר, אתם יודעים, חקלאות פריון נטו.

אנחנו צריכים לגדל פריון. וגם, כן - נקבל גם אוכל.

כיוון שאנחנו צריכים להגדיל את הקיבולת של הפלנטה הזו

ליצור עוד ועוד הזדמנויות לחיים.

ולמען האמת, זה גם מה שאורגניזמים אחרים עושים.

זה מה שמערכות אקולוגיות שלמות עושות בלהקה:

הן יוצרות עוד ועוד הזדמנויות לחיים.

החקלאות שלנו עשתה את ההיפך.

אז, חקלאות המבוססת על הדרך בה ערבה בונה אדמה פוריה,

חוואות המתבססת על הדרך בה עדר בהמות טבעי

מגדיל את הבריאות של החווה.

אפילו טיהור מים המתבסס על הדרך בה ביצה

לא רק מנקה מים,

אלא גם יוצרת פרודוקטיביות מדהימה.

זהו תדריך על עיצוב פשוט. אני מתכוונת, זה נראה פשוט

כיוון שהמערכת, במשך 3.8 מיליארד שנים, עבדה על זה.

כלומר, אותם אורגניזמים שלא הצליחו להבין

כיצד לשפר או להיטיב את הסביבה שלהם,

כבר לא קיימים כדי לספר לנו על זה.

זה השנים-עשר.

החיים - וזה הטריק הסודי; זה הקסם -

החיים יוצרים תנאים המתאימים לחיים.

החיים בונים אדמה, מנקים אוויר, מנקים מים,

מערבבים את קוקטייל הגזים שאני ואתם צריכים על מנת לחיות.

והם עושים זאת תוך כדי משחק מקדים מעולה

והיענות לצרכים שלהם. כך שזו לא סתירה הדדית.

אנחנו חייבים למצוא דרך להיענות לצרכים שלנו,

תוך שאנו הופכים את הסביבה לגן עדן.

כא: ג'אנין, תודה רבה.

(מחיאות כפיים)