Pārsteidzošās biomīmikrijas mācības no dabas inženieriem

Šajā iedvesmojošajā runā par jaunākajiem atklājumiem biomīmikrijā Dženīna Benjasa dalās ar iepriecinošiem piemēriem, kādos daba jau tagad ietekmē mūsu radītos produktus un sistēmas.

Ir satraucoši atrasties konferencē,

kas veltīta tēmai „Dabas iedvesmots”.

Man ir arī liels prieks
piedalīties priekšspēles sesijā.

Vai pamanījāt, ka šī sesija ir priekšspēle?

Jo es varu runāt
par vienu no man vismīļākajām radībām —

Rietumamerikas dūkuri.

Jūs neesat dzīvojuši, kamēr neesat to redzējuši
izpildām savu riesta deju.

Es biju Boumena ezerā
Glečera nacionālajā parkā,

kas ir garš, šaurs ezers,
kurā atspoguļojas kalni.

Mums ar partneri ir smailīte.

Mēs airējām, un viens no šiem
Rietumamerikas dūkuriem mums pievienojās.

Savas riesta dejas laikā tie saiet kopā,

divi no tiem, tēviņš un mātīte,
un tie sāk skriet zem ūdens.

Tie kuļ ūdeni ātrāk un ātrāk, un ātrāk,
līdz dara to tik ātri,

ka burtiski paceļas virs ūdens

un stāv stateniski, it kā kuļot ūdens virsmu.

Kamēr mēs airējām,
viens no šiem dūkuriem mums pievienojās.

Mēs bijām laivā
un ļoti, ļoti ātri virzījāmies uz priekšu,

un šis dūkuris, šķiet, mūs kļūdaini noturēja
par potenciālu partneri

un sāka skriet pa ūdeni mums līdzās

riesta dejā — kilometriem tālu.

Tas apstājās un tad atsāka,
apstājās, un atkal atsāka.

Lūk, tā ir priekšspēle.

(Smiekli)

Es tobrīd biju tik tuvu tam, lai mainītu sugu.

Protams, daba izklaides jomā var mums
šo to iemācīt.

Daba mums var iemācīt daudz ko.

Bet šodien es vēlos runāt par to,

ko daba mums var iemācīt
tehnoloģijas un dizaina jomā.

Kopš ir iznākusi grāmata

— tā lielākoties bija par biomīmikrijas pētījumiem —

kopš tā laika arhitekti, dizaineri, inženieri,

cilvēki, kas veido mūsu pasauli,
ir sākuši zvanīt un sacīt:

„Mēs gribam biologu,
kas sēdētu kopā ar mums pie dizaina galda

un klātesot palīdzētu gūt iedvesmu.”

Vai arī, manuprāt, visjautrākais:
„Mēs gribam, lai jūs vedat mūs dabā.

Mēs ieradīsimies ar dizaina uzdevumu

un meklēsim dabā pielāgošanās čempionus,
kas varētu mūs iedvesmot.”

Šī ir fotogrāfija no brauciena uz Galapagu salām,

ko uzņēmām kopā ar dažiem
notekūdeņu attīrīšanas inženieriem.

Daži no viņiem patiesībā
bija ļoti atturīgi pret būšanu tur.

Vispirms viņi mums teica:
„Ziniet, mēs jau nodarbojamies ar biomīmikriju.

Mēs ar baktērijām attīrām ūdeni.”

Mēs atbildējām, ka tas nav gluži tas pats,
kas gūt iedvesmu no dabas.

Tā ir biopārstrāde, tā ir biotehnoloģija.

Organismu izmantošana,
lai apstrādātu notekūdeņus

ir veca, veca tehnoloģija,
ko sauc par „pieradināšanu”.

Biomīmikrija nozīmē kaut ko iemācīties,
gūt ideju no kāda organisma un izmantot to.

Viņi joprojām nesaprata.

Mēs devāmies pastaigā pa pludmali,
un es sacīju:

„Pastāstiet man par kādu no savām
lielajām problēmām, par dizaina uzdevumu,

ilgtspējas bremzētāju,
kas traucē jums būt ilgtspējīgiem.”

Viņi atbildēja — kaļķakmens veidošanās,
kas ir minerālu uzkrāšanās caurulēs.

Viņi skaidroja:

„Gluži tāpat kā jūsu mājās minerāli uzkrājas.

Caurules „aizaug”,
un mums tās jāskalo ar toksīniem

vai arī jāatrok tās.

Ja būtu kāds veids,
kā apturēt šo kaļķakmens veidošanos...”

Es pacēlu pludmalē pāris gliemežvākus
un jautāju viņiem:

„Kas ir kaļķakmens? Kas ir jūsu caurulēs?”

„Kalcija karbonāts,” viņi atbildēja.

Es teicu:
„Tas ir šis te. Šis ir kalcija karbonāts.”

Viņi to nezināja.

Viņi nezināja, ka gliemežvāks

ir veidots no olbaltumvielām
un jūras ūdenī esošie joni

uz tā kristalizējas, veidojot čaulu.

Tāda paša veida process bez olbaltumvielām
notiek viņu caurulēs.

Viņi to nezināja.

Tas nav informācijas trūkums,
tas ir integrācijas trūkums.

Mēs esam kā savrupas sistēmas,
cilvēki savrupās sistēmās.

Viņi nezināja, ka gliemežvākā notiek tas pats.

Viens no viņiem to apdomāja un teica:
„Labi, ja šī ir tikai kristalizācija,

kas notiek automātiski jūras ūdenī,
molekulām pašorganizējoties —

kāpēc tad gliemežvāki neaug bezgalīgi?
Kas aptur kaļķakmens veidošanos?

Kāpēc tie vienkārši neturpina augt?”

Es atbildēju: „Gluži tāpat

kā tie izdala olbaltumvielu,
kas aizsāk kristalizāciju,

tad viņi visi paliecās uz priekšu,

tie izdala olbaltumvielu,
kas kristalizāciju aptur.”

Tas burtiski pielīp pie augošā kristāla.

Patiesībā ir produkts, ko sauc
par audu plazminogēna aktivatoru (TPA),

kas imitē šo olbaltumvielu,
šo bloķējošo olbaltumvielu,

un tas videi draudzīgā veidā
aptur kaļķakmens veidošanos caurulēs.

Tas mainīja visu.

No tā brīža šos inženierus
vairs nevarēja iedabūt atpakaļ laivā.

Pirmajā dienā viņi devās pastaigā,

un bija tikai klik, klik, klik, klik.
Piecas minūtes vēlāk viņi bija atpakaļ laivā:

„Esam pabeiguši. Esam apskatījuši šo salu.”

Pēc šī gadījuma viņi līda visur.

Viņi snorkelēja tik ilgi,
cik vien mēs tiem ļāvām.

Viņi bija sapratuši, ka pastāv organismi,

kas jau ir atrisinājuši problēmas,

kurām viņi bija veltījuši savas karjeras.

Mācīties par dabu ir viens.

Mācīties no dabas — pavisam kas cits.

Tā ir īstenā pārmaiņa.

Viņi saprata, ka atbildes
uz viņu jautājumiem ir visur,

vajag tikai nomainīt brilles,
caur kurām viņi redz pasauli.

3,8 miljardi gadu praktiskajiem izmēģinājumiem.

„10 līdz 30 miljoni,”
teiktu Kreigs Venters,

bet es domāju, ka ir daudz vairāk nekā 30 miljoni
labi pielāgotu risinājumu.

Svarīgākais, manuprāt, ir tas,
ka šie risinājumi ir atrasti, ņemot vērā kontekstu.

Šis konteksts ir Zeme,

tas pats konteksts,
kurā mēs cenšamies risināt savas problēmas.

Tā ir apzināta dabā sastopamās
ģenialitātes atdarināšana.

Tā nav akla imitēšana,

lai gan Albertam diezgan veiksmīgi
ir izdevies imitēt frizūru.

Tā nav akla imitēšana —
tas nozīmē izmantot dizaina principus,

dabā sastopamo ģenialitāti un mācīties no tās.

Grupā, kurā ir tik daudz IT cilvēku,
man jāpiemin kaut kas, par ko nerunāšu.

Šajā lauciņā jūs esat ļoti daudz mācījušies

no dzīvajiem organismiem —
programmatūras jomā.

Piemēram, datori, kas aizsargā sevi
gluži kā imūnsistēma,

gēnu regulācijas principi
un bioloģiskā attīstība,

mācības, kas gūtas no neironu tīkliem,

ģenētiskie algoritmi
un evolucionārā skaitļošana.

Tas viss ir programmatūras jomā.

Taču man šķiet interesanti,
ka neesam īpaši pievērsušies šim.

Šīs ierīces, manuprāt,
nav gluži augstās tehnoloģijas,

tajā ziņā,

ka Silīcija ielejas ūdeņos
ir dučiem kancerogēno vielu.

Pašas iekārtas

nebūt nav tajā līmenī,
ko dabā uzskatītu par veiksmīgu.

Ko mēs varam iemācīties ne tikai par datoru,
bet arī visa pārējā ražošanu?

Par lidmašīnām, ar kurām atlidojāt,
automašīnām, krēsliem, uz kuriem šobrīd sēžat?

Kā mēs varam pārveidot mūsu, cilvēku, radīto pasauli?

Vēl svarīgāk, ko mēs gribam noskaidrot
nākamo 10 gadu laikā?

Dabā ir ļoti daudz kolosālu tehnoloģiju.

Kas mums ir jāiemācās?

Ir trīs jautājumi,
kas man šķiet vissvarīgākie.

Kā daba rada?

Tas ir pretstats tam, kā lietas radām mēs.

Karsējot, deformējot un apstrādājot,

kā teiktu materiālzinātnieki.

Tas nozīmē lietas apstrādāt tā,
ka 96% materiālu nonāk atkritumos,

un tikai 4% kļūst par produktu.

Mēs materiālus sakarsējam,
lielā spiedienā deformējam

un izmantojam ķīmiskas vielas.
Karsēšana, deformācija un apstrāde.

Daba ko tādu nevar atļauties.
Kā daba rada lietas?

Kā daba rada lielāko daļu lietu?

Lūk, ģerānijas ziedputeksnis.

Tieši šī forma piešķir tam spēju

tik viegli kūleņot gaisā.
Paskatieties uz šo formu!

Daba matērijai piešķir informāciju.

Citiem vārdiem — struktūru.

Pievienojot matērijai informāciju,

tā piešķir uzdevumu,
kas būtu citāds bez šīs struktūras.

Treškārt, kā daba panāk
atsevišķu lietu iekļaušanos sistēmā?

Jo tā pasauli nedala atsevišķās lietās,

dabā nepastāv lietas, kas būtu atdalītas

no kopējās sistēmas.

Tā ir apgūstamā mācība īsumā.

Es arvien vairāk un vairāk lasu
un sekoju līdzi notiekošajam,

un bioloģijas zinātnēs parādās
arvien jaunas un pārsteidzošas lietas.

Tajā pašā laikā es bieži ieklausos uzņēmējos

un izzinu, kādi ir viņu lielākie izaicinājumi.

Šīs divas grupas viena ar otru nesarunājas.

It nemaz.

Kas bioloģijas pasaulē mums tagad
varētu būt noderīgs,

lai izkļūtu sveikā no evolūcijas krustcelēm,
kurās šobrīd stāvam?

Mēģināšu iziet cauri 12 piemēriem — pavisam ātri.

Viens, kurš man šķiet ļoti interesants,
ir pašorganizēšanās.

Jūs par to droši vien esat dzirdējuši
saistībā ar nanotehnoloģiju.

Atgriežoties pie gliemežvāka —
tas ir pašorganizējošs materiāls.

Apakšējā kreisajā stūrī ir redzama pērlene,

kuru veido jūras ūdens.
Tai ir slāņaina struktūra,

ko veido minerāli un polimērs,
kas to padara ļoti, ļoti izturīgu.

Tā ir divreiz izturīgāka nekā
mūsu augsto tehnoloģiju keramiskie materiāli.

Bet īpaši interesanti ir tas,
ka atšķirībā no keramikas, kas top cepļu krāsnīs,

tas notiek jūras ūdenī.
Tas notiek organisma iekšienē un tam blakus.

Tas ir Sandia National Labs.

Puisis vārdā Džefs Brinkers

ir atradis veidu,
kā kodēt pašorganizēšanās procesu.

Iedomājieties, ka mēs varētu ražot
keramiskos materiālus istabas temperatūrā,

kaut ko vienkārši iemērcot šķidrumā,

pēc tam izceļot un
ļaujot iztvaikošanas procesam

saspiest šī šķidruma molekulas kopā tā,

lai tās saslēgtos,

gluži tāpat kā kristalizējoties gliemežvākam.

Iedomājieties, ja mēs šādi
varētu ražot visus cietos materiālus.

Iedomājieties, ja mēs varētu apsmidzināt jumtu

ar saules baterijas prekursoriem

un ļaut tiem pašorganizēties,
izveidojot slāņainu struktūru gaismas ievākšanai.

Lūk, interesants piemērs IT jomai — biosilikons.

Šīs ir kramaļģes,
kas veidotas no silikātiem.

Mūsu ražotais silikons ir daļa
no kancerogēnajām vielām,

kas rodas, izgatavojot mikroshēmas.

Šis savukārt ir biomineralizācijas process,
ko šobrīd mēģinām atdarināt.

Tas notiek Kalifornijas universitātē Santabarbarā.
Paskatieties uz šīm kramaļģēm!

Tas ir Ernsta Hekela paveiktais.

Iedomājieties, ja...

šis atkal process, kura laikā šķidra viela sacietē...

iedomājieties, ja mēs varētu iegūt
šāda veida materiālu istabas temperatūrā.

Iedomājieties, ja mēs spētu
izgatavot ideālas lēcas.

Šī pa kreisi ir čūskaste.
Tā ir noklāta mazītiņām lēcām,

kuras, kā noskaidrojuši
„Lucent Technologies” speciālisti,

uztver gaismu bez mazākā kropļojuma.

Tās ir vienas no visprecīzākajām
mums zināmajām lēcām.

Un to ir daudz —
tās klāj visu čūskastes ķermeni.

Interesantais ir tas, ka
arī šeit notiek pašorganizēšanās.

Sieviete vārdā Džoanna Aizenberga,
kas strādā „Lucent”,

šobrīd mēģina izgatavot
šāda veida lēcas zemā temperatūrā.

Viņa strādā arī ar optiskajām šķiedrām.

Tas ir jūras sūklis,
kuram arī ir optiskā šķiedra.

Pašā apakšā tam ir optiskā šķiedra,

kas patiesībā vada gaismu
daudz labāk nekā mūsējās,

taču to var pat sasiet mezglā —
tik apbrīnojami elastīga tā ir.

Vēl viena lielā ideja — CO2 kā izejviela.

Puisis vārdā Džefs Kouts,
kurš strādā Cornell, sev teica:

„Augi neuzskata CO2 par mūslaiku lielāko indi.

Par tādu to uzskatām mēs.

Augi ir pārāk aizņemti,
no CO2 veidojot garas

polikarbonātu ķēdes.

Viņš ir atradis katalizatoru un veidu,

kā CO2 pārvērst polikarbonātos.

Bionoārdāma plastmasa no CO2 —
cik augveidīgi!

Saules enerģijas pārveidošana —
pats aizraujošākais!

Cilvēki Arizonas universitātē mēģina imitēt

purpursarkanās baktērijas
enerģijas iegūšanas iekārtu.

Vēl interesantāk —

nesen viņi ir ievērojuši enzīmu,
sauktu par hidrogenāzi,

kas spēj radīt ūdeņradi
no protoniem un elektroniem,

kā arī uzsūkt to.

Būtībā tas ir tas,
kas notiek degvielas šūnā —

tās anodā un reversīvajā degšūnā.

Savās degšūnās mēs izmantojam platīnu,

daba to paveic ar visparastāko dzelzi.

Šobrīd komandai ir izdevies imitēt

šo te hidrogenāzes triku ar ūdeņradi.

Tās ir lieliskas ziņas degšūnām —

spēt to paveikt, neizmantojot platīnu.

Formas spēks. Lūk, kuprvalis.

Mēs zinām, ka uz šī vaļa spurām ir izaugumi.

Šie izcilnīši patiesībā paaugstina efektivitāti.

Piemēram, lidmašīnu spārnu efektivitāte
pieaug par aptuveni 32%,

kas ir kolosāls fosilās degvielas ietaupījums,

ja vien mēs šādus izcilnīšus uzliekam spārnu malās.

Krāsa bez pigmentiem.
Šis pāvs rada krāsu, izmantojot spalvu struktūru.

Gaisma plūst cauri
un atstarojas no šiem slāņiem.

To sauc par plānkārtiņu interferenci.

Iedomājieties produktus, kas spētu
pašorganizēties un kuru virsējie slāņi,

rotaļājoties ar gaismu, radītu krāsu.

Iedomājieties, ja mēs spētu radīt virsmas,

kas pašattīrītos ar ūdeni vien.
Tieši tā to dara lapa.

Redzat šo pietuvināto attēlu?

Tā ir ūdens lodīte,
un tās ir putekļu daļiņas,

un šis ir lotusa lapas pietuvināts attēls.

Kāds uzņēmums ražo produktu vārdā Lotusan,

kas, šai fasādes krāsai nožūstot,

imitē pašattīrošās lapas izaugumus,

ļaujot lietus ūdenim nomazgāt ēku.

Ūdens būs mūsu lielais izaicinājums.

Slāpju remdēšana.

Lūk, divi organismi, kas prot iegūt ūdeni.

Šī pa kreisi ir Namībijas vabole,
kas iegūst ūdeni no miglas.

Pa labi ir mitrene,
kas ūdeni iegūst no gaisa

un nemaz nedzer saldūdeni.

Atdalīt ūdeni no Monterrejas miglas
un Atlantas mitrā gaisa,

pirms tas iekļūst ēkā,
ir ļoti nozīmīgas tehnoloģijas.

Ļoti svarīgas būs atdalīšanas metodes.

Ja nu mums vairs nebūtu vajadzīgas raktuves?

Ja nu mēs spētu atdalīt metālus
no notekūdeņiem,

šos nelielos metālu daudzumus ūdenī?
To dara mikrobi —

tie veido helāta savienojumus
ar ūdenī esošajiem metāliem.

Sanfrancisko ir uzņēmums „MR3”,

kas imitē šo mikrobu molekulas filtros,

lai iegūtu metālu rūdas no notekūdeņiem.

Zaļā ķīmija ir ķīmija ūdenī.

Mūsu ķīmija ir organiskie šķīdinātāji.

Šajā attēlā redzami zirnekļa tīmekļa dziedzeri

un tā radītais zīda pavediens.
Vai nav skaisti?

Zaļā ķīmija nozīmē nomainīt mūsu
rūpniecisko ķīmiju ar dabas recepšu grāmatu.

Tas nav vienkārši, jo daba izmanto

vien nelielu daļu no periodiskās tabulas
ķīmiskajiem elementiem.

Mēs izmantojam visus, pat toksiskos.

Saprast elegantās receptes, kurām vajadzīga
vien neliela daļa ķīmisko elementu,

un radīt tādus brīnumainus materiālus kā šī šūna

ir zaļās ķīmijas uzdevums.

Laikiestatīta noardīšanās.
Iepakojums, kas ir labs

tik ilgi, kamēr mums tas ir vajadzīgs,
un tad kā uz mājienu sadalās.

Šī ir šejienes ūdeņos sastopama gliemene.

Pavedieni, kas to notur pie klints,
ir laikiestatīti —

precīzi pēc diviem gadiem tiek sāk sadalīties.

Ārstēšana. Šis ir lielisks piemērs.

Šis te mazulītis ir gauskājis.

Mūsu problēma ir tā,

ka vakcīnas visā pasaulē
nenokļūst līdz pacientiem.

Iemesls tam ir dzesēšanas iekārtu bojājumi —

pārtrūkst tā dēvētā „aukstuma ķēde”.

Puisis vārdā Brūss Rosners
pievērsās gauskājim,

kurš pilnībā izžūst, tomēr paliek dzīvs
mēnešiem un gadiem ilgi

un ir spējīgs sevi atjaunot.

Viņš atrada veidu, kā izžāvēt vakcīnas,

ievietojot tās kapsulās,
kas veidotas no tāda paša cukura,

kāds atrodams gauskāju šūnās.

Tas nozīmē, ka vakcīnas vairs nav jādzesē.

Tās tikpat labi var ielikt
mašīnas cimdu nodalījumā.

Mācīšanās no dzīvajiem organismiem
— šī sesija ir par ūdeni —

par dzīvajiem organismiem,
kas spēj iztikt bez ūdens,

no kuriem varam mācīties, kā izgatavot
bez dzesēšanas uzglabājamu vakcīnu.

Es nepaspēšu tikt līdz divpadsmitajam piemēram,

taču pastāstīšu jums, ka vissvarīgākais,

neskaitot visus šos pielāgojumus,

ir fakts, ka šie organismi ir atraduši veidu,
kā paveikt pārsteidzošo,

vienlaikus parūpējoties par vietu,

kurā augs viņu pēcnācēji.

Iesaistoties priekšspēlē,

viņi patur prātā, ko ļoti, ļoti svarīgu —

sava ģenētiskā materiāla saglabāšanu

arī pēc 10 000 paaudzēm.

Tas nozīmē atrast veidu,
kā paveikt savu darāmo,

neizpostot vietu, kurā augs to pēcnācēji.

Tas ir pats lielākais dizaina uzdevums.

Par laimi ir miljoniem ģēniju,

kas ir gatavi dalīties
ar savām labākajām idejām.

Veiksmi, sarunājoties ar tiem!

Paldies.

(Aplausi)

Kriss Andersons: Runājot par priekšspēli,
mums jātiek līdz divpadsmitajam, bet ļoti ātri.

Dženīna Benjasa: Tiešām?

K. A.: Jā, bet tādu kā 10 sekunžu versiju

10., 11. un 12. piemēram.
Jūsu slaidi ir tik lieliski

un idejas — tik lielas,
ka es nevaru ļaut jums aiziet,

neredzot 10., 11. un 12.

Dž. B.: Labi, uzlikšu šo...
Labi, es to vienkārši paturēšu.

Tātad, šis bija par ārstēšanu.

Sajušana un atbildes reakcija.
Atgriezeniskā saite ir ārkārtīgi būtiska.

Šis ir sisenis. Vienā kvadrātkilometrā
var būt 80 miljoni šo kukaiņu,

un tomēr tie viens ar otru nesaduras.

Mums ir 3,6 miljoni automašīnu sadursmju gadā.

(Smiekli)

Ja? Ņūkāslā ir sieviete,

kura ir atklājusi,
ka tas ir ļoti liels neirons.

Tagad viņa mēģina atrast veidu,

kā izgatavot elektrisko shēmu
sadursmju novēršanai,

balstoties uz šo lielo siseņa neironu.

11. piemērs ir ārkārtīgi svarīgs —

auglības veicināšana.

Tas nozīmē lauksaimniecību,
kas uzlabo auglību.

Mums jāveicina auglība,
jā, mēs iegūstam arī pārtiku,

jo mums jāpalielina šīs planētas kapacitāte

radīt arvien vairāk un vairāk iespēju
dzīvības uzturēšanai.

Tieši to dara arī citi organismi.

Kopumā tas ir tas,
ko dara visas ekosistēmas —

tās dzīvībai rada arvien vairāk un vairāk iespēju.

Mūsu lauksaimniecība dara pretējo.

Zemkopība, kas balstīta uz
augsnes veidošanās principiem prērijā,

lopkopība, kas balstīta uz to,
kā savvaļas nagaiņu bari

patiesībā uzlabo ganību stāvokli,

pat notekūdeņu attīrīšana, kas balstīta uz to,

kā purvs ne tikai attīra ūdeni,

bet arī rada neticami kūsājošu auglību.

Šis ir pavisam vienkāršs dizaina kopsavilkums.
Tas izskatās vienkāršs,

jo sistēma to ir atstrādājusi
3,8 miljonu gadu laikā.

Tie organismi, kuriem neizdevās atrast veidus,

kā uzlabot un
padarīt jaukākas savas dzīvesvietas,

vairs neeksistē.

Šis ir divpadsmitais.

Daba — šis ir tas noslēpums, šis ir tas burvju triks —

daba rada apstākļus, kas sekmē dzīvību.

Tā rada augsni, attīra gaisu un ūdeni,

tā sajauc gāzu kokteili,
kas mums vajadzīgs izdzīvošanai.

Turklāt paveic to lieliskas priekšspēles laikā

un apmierinot visu vajadzības.
Tātad, tas viens otru neizslēdz.

Mums jāatrod veids,
kā apmierināt savas vajadzības,

padarot šo vietu par Ēdeni.

K. A. Liels paldies, Dženīna!

(Aplausi)