Janine Benyus deelt ontwerpen van de natuur

In deze inspirerende lezing over recente ontwikkelingen in de biomimetica geeft Janine Benyus ons hartverwarmende voorbeelden van manieren waarop de natuur producten en systemen die we bouwen al beïnvloedt.

Ik ben heel blij dat ik hier aanwezig mag zijn

op een conferentie die gewijd is aan 'geïnspireerd door de natuur'.

En ik ben ook blij dat ik in het voorspel zit.

Heb je gezien dat dit gedeelte voorspel is?

Want ik mag over één van mijn favoriete dieren vertellen:

de zwanenhalsfuut. Je hebt nog niet geleefd

tot je deze jongens hun paringsdans hebt zien doen.

Laatst was ik op Lake Bowman in het Glacier National Park,

een langgerekt meer met een soort van omgekeerde bergen erin.

Mijn partner en ik hebben een roeiboot.

Terwijl we aan het roeien waren, kwam er zo'n zwanenhalsfuut voorbij.

Voor hun paringsdans komen ze samen,

de twee partners, en ze beginnen onder water te lopen.

Ze peddelen sneller en sneller tot ze zo snel gaan

dat ze letterlijk uit het water omhoog komen.

Dan staan ze rechtop, peddelend op het water.

Een van deze futen ging met ons mee terwijl we aan het roeien waren.

We zaten in een skiff en we gingen heel snel.

Ik denk dat de fuut ons zag als een mogelijke partner.

Hij begon naast ons op het water te lopen

in een paringsdans, wel kilometers lang.

Hij stopte, begon opnieuw, stopte weer en begon dan opnieuw.

Dat is nu voorspel.

(Gelach)

Ik had op dat moment echt zin om van diersoort te veranderen.

Het leven kan ons duidelijk iets leren

op vlak van ontspanning. We kunnen veel van het leven leren.

Maar waar ik het vandaag over wil hebben,

is wat het leven ons kan leren op vlak van technologie en ontwerp.

Sinds het boek uitkwam --

het boek ging vooral over onderzoek naar biomimetica.

Sindsdien begonnen architecten, ontwerpers, ingenieurs --

mensen die onze wereld vorm geven, ons op te bellen en zeiden:

"We willen graag een bioloog in ons ontwerpteam

om ons inspiratie te geven."

Of, en dit vind ik het leukste: "We willen dat je ons meeneemt

in de natuur. Als we een probleem met ons ontwerp hebben,

zoeken we hoe de natuur daar een oplossing voor biedt. Dat kan ons inspireren."

Dit is een foto van een trip naar de Galapagoseilanden.

We gingen samen met enkele waterzuiveringsingenieurs: ze zuiveren afvalwater.

Sommigen waren er met flinke tegenzin.

Eerst zeiden ze: "We doen al aan biomimetica.

We gebruiken bacteriën om ons water te zuiveren." We antwoordden:

"Dat is niet echt geïnspireerd zijn door de natuur.

Dat is bio-processing, of bio-geassisteerde technologie.

Een organisme gebruiken om jouw afvalwater te zuiveren

is een oude technologie die domesticatie heet.

Maar dit is iets leren, een idee leren van een organisme en het dan toepassen."

Maar ze begrepen het nog steeds niet.

We maakten een strandwandeling en ik zei:

"Geef me dan eens zo'n probleem. Geef me een ontwerpuitdaging.

Een duurzaamheidsremmer, iets wat de duurzaamheid bemoeilijkt."

En ze zeiden: "Afzetting, het ophopen van mineralen in leidingen.

Mineralen stapelen zich op,

net zoals bij jou thuis.

Daardoor wordt de doorgang smaller en moeten we ze doorspoelen met gifstoffen

of moeten we ze uitgraven.

Daarom zoeken we een manier om die afzetting te stoppen."

Ik raapte wat schelpen op en vroeg hen:

"Wat hoopt zich juist op? Wat zit er in de leidingen?"

Calciumcarbonaat, zeiden ze.

Ik zei: "Dat is hetzelfde als dit hier, dit is calciumcarbonaat."

Dat wisten ze niet.

Ze wisten niet waaruit een zeeschelp bestaat:

het wordt gevormd door eiwitten, waarna ionen uit het zeewater

erop kristalliseren om zo een schelp te maken.

Hetzelfde proces, maar dan zonder de eiwitten,

speelt zich af in hun leidingen. Dat wisten ze niet.

Dit is geen tekort aan informatie maar een gebrek aan integratie.

Het zijn net mensen in silo's. Ze wisten niet

dat hetzelfde gebeurde. Een van hen dacht erover na

en zei: "Als het enkel kristallisatie is

en als het automatisch gebeurt door zeewater -- zelfopbouw --

waarom zijn schelpen dat niet oneindig groot? Wat voorkomt verdere afzetting?

Waarom blijven ze niet groeien?"

Ik zei: "Net zoals ze ze

een eiwit afscheiden dat de kristallisatie op gang brengt --"

en toen kwamen ze allemaal een beetje dichterbij --

"laten ze eiwitten los die de kristallisatie tegenhouden."

Het hangt letterlijk vast aan het groeiende kristal.

Er is zelfs een product, TPA,

dat het eiwit nabootst, het groeistop-eiwit.

Het is een groene manier om afzetting in leidingen te stoppen.

Dat veranderde alles. Vanaf toen

kreeg je de ingenieurs niet meer terug in de boot.

De eerste dag gingen ze op trektocht

en het ging van, klik, klik, klik. Vijf minuten later zaten ze terug op de boot.

"Klaar. Ik heb het eiland gezien."

Maar hierna

waren ze niet te houden.

Ze snorkelden zolang we ze lieten snorkelen.

Ze hadden zich gerealiseerd dat er organismen waren

die de problemen al hadden opgelost

waar zij hun hele carrière mee bezig waren geweest.

De natuur bestuderen is één ding,

maar van de natuur leren, dat is iets anders.

Dat is een serieuze omschakeling.

Ze beseften dat de antwoorden op hun vragen overal aanwezig waren.

Ze moesten enkel hun manier van kijken veranderen.

3,8 miljard jaar praktijktests.

Craig Venter zal jullie waarschijnlijk vertellen dat er 10 tot 30 miljoen oplossingen zijn.

Maar ik denk dat het er veel meer dan 30 miljoen zijn.

Ik vind het belangrijk dat deze problemen in hun context zijn opgelost.

En de aarde is die context,

dezelfde context waarin wij onze problemen proberen op te lossen.

Het is de bewuste wedijver van de genialiteit van het leven.

Het is niet slaafs nabootsen --

hoewel Albert Einstein hier wel hetzelfde kapsel probeert --

het is geen slaafs namaaksel. Het is kijken naar de principes van een ontwerp,

de genialiteit van de natuur, en er iets van leren.

In een groep met zoveel IT'ers moet ik er wel bij zeggen --

-- iets waar ik het niet over ga hebben -- dat jullie terrein

enorm veel geleerd heeft van levende dingen

op vlak van software. Er zijn computers die zichzelf beschermen

net zoals een immuunsysteem. We leren van genregulatie

en biologische ontwikkeling. We leren van neurale netwerken,

genetische algoritmes en evolutionaire berekeningen.

Dat is allemaal op het vlak van software. Maar wat mij interesseert,

is dat we hier nog niet zo veel naar gekeken hebben. Deze machines

zijn volgens mij niet echt hightech

in de zin dat er meerdere tientallen carcinogenen

in het water van Silicon Valley zitten.

De hardware komt dus nog lang niet in de buurt

van wat de natuur een succes zou noemen.

Dus wat kunnen we leren over het ontwikkelen van niet alleen computers, maar alles?

Het vliegtuig waarin je kwam, auto's, de stoelen waarop je zit.

Hoe herontwerpen we de wereld die we maken, die door mensen gemaakt wordt?

Nog belangrijker, wat moeten we ons afvragen in de komende 10 jaar?

Er zijn veel toffe technologieën in de natuur.

Wat is dus het leerplan?

Drie vragen zijn volgens mij fundamenteel.

Hoe maakt het leven dingen?

Dit is het tegenovergestelde: zo maken wij dingen.

Het heet 'verhitten, smeden en behandelen'.

Zo noemen materiaalwetenschappers het.

Het is dingen afbreken, waarvan 96 percent afval is

en slechts 4 percent product. Je verwarmt het, je smeedt het onder hoge druk,

je gebruikt chemicaliën. 'Verhitten, smeden en behandelen'.

De natuur kan zich dat niet permitteren. Hoe maakt het leven dingen?

Hoe haalt het leven er het maximum uit?

Dat is geraniumstuifmeel.

De vorm geeft het de mogelijkheid om

zo gemakkelijk door de lucht te dwarrelen. Kijk naar die vorm.

De natuur voegt er informatie aan toe.

Met andere woorden: structuur.

Het geeft het informatie. Door informatie toe te voegen aan de materie

zorgt het voor een functie die anders zou zijn dan zonder die structuur.

En ten derde: hoe laat het leven dingen oplossen in systemen?

Want in het leven gaat het niet echt om 'dingen'.

In de natuur zijn er geen dingen

die gescheiden zijn van hun systemen.

Een heel snel leerplan.

Nu ik meer en meer lees en het verhaal wat volg,

zie ik dat er al ongelofelijke dingen zijn voortgekomen uit de biologische wetenschappen.

En ondertussen luister ik naar veel bedrijven

en zie ik wat hun grote uitdagingen zijn.

De twee partijen spreken niet met elkaar.

Helemaal niet.

Hoe zou de wereld van de biologie ons kunnen helpen

om deze moeilijke situatie op te lossen?

Ik ga proberen om 12 ervan heel snel te doorlopen.

Een die mij erg aanspreekt is zelfopbouw.

Je hebt hier al van gehoord in verband met nanotechnologie.

Terug naar die schelp: de schelp is een zelfopbouwend materiaal.

Links beneden zie je een foto van parelmoer

gevormd uit zeewater. Het is een gelaagde structuur bestaande uit mineralen

en polymeren. Dat maakt het zeer sterk.

Het is twee keer zo sterk als onze hightech keramiek.

Maar wat echt interessant is: anders dan bij onze keramiek in kalkovens

gebeurt dit in zeewater. Het gebeurt dichtbij en in het lichaam van het organisme.

Mensen beginnen --

dit is Sandia National Labs. Een man, Jeff Brinker,

heeft een manier gevonden om tot een zelfopbouwend codeproces te komen.

Stel je voor dat we keramiek kunnen maken op kamertemperatuur

door simpelweg iets in een vloeistof te dopen,

het uit de vloeistof te halen, en door verdamping

de moleculen in de vloeistof te laten samenvoegen

zodat ze in elkaar puzzelen

op dezelfde manier waarop kristallisatie dit doet.

Stel je voor dat we al onze harde materialen zo maken.

Beeld je in dat we de precursors op een fotovoltaïsche cel sproeien, een zonnecel

op een dak, en het laten zelfopbouwen in een gelaagde structuur die licht oogst.

Dit is een interessante voor de IT-wereld:

bio-silicium. Dit is een kiezelwier, gemaakt uit silicaten.

Het silicium dat we nu maken

maakt deel uit van ons carcinogenisch probleem in de verwerkingsindustrie van onze chips.

Het is een bio-mineralisatieproces dat nu wordt nagebootst.

Dit is aan UC Santa Barbara. Kijk naar deze kiezelwieren.

Het komt uit het werk van Ernst Haeckel.

Stel je voor te kunnen -- en het is opnieuw een gevormd proces,

het verhardt uit een vloeibaar proces -- stel je voor

dat je die structuur kunt verkrijgen op kamertemperatuur.

Beeld je in perfecte lenzen te kunnen maken.

Links zie je een slangster. Ze is bedekt met lenzen

waarvan de mensen van Lucent Technologies hebben ontdekt

dat ze helemaal geen vervorming hebben.

Het is een van de meest vervormingsvrije lenzen die we kennen.

En er zijn er veel van, over haar hele lichaam.

Het is interessant dat ook dit zelfopbouwend is.

Joanna Aizenberg, van het bedrijf Lucent,

leert dit nu te doen in een proces met een lage temperatuur

om dit soort lenzen te maken. Ze kijkt ook naar vezeloptica.

Dat is een zeespons die optische vezels gebruikt.

Helemaal onderaan zie je optische vezels

die beter werken dan de onze om licht te verplaatsen.

Maar ze zijn zo flexibel dat je er een knoop in kunt leggen.

Hier is nog een goed idee: CO2 als grondstof.

Geoff Coates, van Cornell University, zei tegen zichzelf:

"Planten zien CO2 niet als het grootste vergif van onze tijd.

Wij zien het zo. Planten maken van CO2 lange ketens

zetmeel en glucose." Hij vond een manier --

hij vond een katalysator, en hij vond een manier om CO2

om te zetten in polycarbonaten. Bio-afbreekbare plastics

uit CO2 maken. Dat is echt plantachtig.

Zonnetransformaties, heel opwindend.

Aan de ASU bootsen ze het energie-oogstmechanisme

van paarse bacteriën na. Interessanter nog,

een paar weken geleden zagen ze

dat er een bepaald enzym, hydrogenase, in staat is

om waterstof te maken uit protonen en elektronen. Het kan waterstof opnemen --

dat gebeurt in principe ook in de anode van een brandstofcel

en in een omkeerbare brandstofcel.

In onze brandstofcellen gebruiken we platina.

De natuur doet het met een gewoon, vaak voorkomend ijzer.

Een team is er nu in geslaagd

die waterstof-jonglerende hydrogenase na te bootsen.

Dat is veelbelovend voor brandstofcellen

om dat te kunnen doen zonder platina.

De kracht van vorm: hier heb je een walvis. We zagen dat de vinnen van deze walvis

knobbels hebben. Die kleine bultjes

verhogen de efficiëntie van bijvoorbeeld

de rand van een vliegtuig met 32 percent.

Een enorme besparing op fossiele brandstoffen

als we dat op de rand van een vleugel zouden plaatsen.

Kleur zonder pigment: deze pauw maakt kleur door vorm.

Het licht schijnt erop en weerkaatst op de lagen.

Dat heet dunnelaaginterferentie. Stel je voor dat je

zelfopbouwende producten hebt die met hun bovenste lagen

spelen met het licht om kleur te creëren.

Beeld je in een vorm te creëren aan de buitenkant van een oppervlak

zodat het zelfreinigend werkt met enkel water. Dat is wat een blad doet.

Zie je die uitvergrote foto?

Het is een waterdruppel en dat zijn vuildeeltjes.

Dat is een close-up foto van een lotusblad.

Er is een bedrijf dat een bepaald product maakt, Lotusan.

Als de verf van de gevel droogt, werken de bultjes

als een zelfreinigend blad zodat regenwater het gebouw reinigt.

Water zal onze grote uitdaging zijn:

dorst lessen.

Hier zijn twee organismen die water trekken.

De linkse is de Namibische kever, die haalt water uit mist.

De rechtse is een houtluis, die haalt water uit de lucht.

Hij drinkt geen zoet water.

Water halen uit de mist in Monterey en uit de vochtige lucht in Atlanta

voor het in een gebouw geraakt, dat zijn fundamentele technologieën.

Scheidingstechnologieën zullen heel belangrijk worden.

Wat als we nu eens zouden stoppen met mijnen?

Wat als we kleine hoeveelheden metaal zouden onttrekken

uit afvalstromen? Dat is wat microben doen,

ze halen metalen uit het water door middel van chelatie.

In San Francisco is er een bedrijf, MR3,

en dat plaatst nabootsingen van moleculen van de microben in filters

om afvalstromen te mijnen.

Groene chemie is chemie in water.

We gebruiken chemie in biologische oplosmiddelen.

Dit is een foto van de spintepels van een spin

en de zijde die gemaakt wordt door de spin. Is dat niet mooi?

Groene chemie is onze industriële chemie vervangen door recepten van de natuur.

Dat is niet gemakkelijk want de natuur gebruikt

slechts enkele van de elementen in het periodiek systeem.

En wij gebruiken ze allemaal, zelfs de giftige.

De elegante recepten vinden die tot die paar elementen

van het periodiek systeem behoren en die wonderlijke materialen creëren zoals die cel,

dat is de taak van groene chemie.

Getimede degradatie: een goede verpakking

die oplost wanneer je ze niet meer nodig hebt.

Deze mossel kun je in deze wateren hier vinden.

De draden waarmee ze aan een rots vasthangt

lossen na precies 2 jaar op.

Genezing: dit is een goeie.

Dat kereltje daar is een beerdiertje.

Het wereldwijde probleem met vaccins is

dat ze niet bij de patiënten geraken. Dat komt doordat

de koeling soms niet meer werkt.

De zogenaamde "koelketen" wordt verbroken.

Een man, Bruce Rosner, keek naar het beerdiertje --

dat helemaal uitdroogt en nog maandenlang blijft leven

en in staat is zichzelf terug op te bouwen --

en hij vond een manier om vaccins uit te drogen

door ze te omhullen in dezelfde soort suikercapsules

die het beerdiertje in z'n cellen heeft.

Dat betekent dat vaccins niet meer gekoeld hoeven te worden.

Ze kunnen in het handschoenenkastje gelegd worden.

Leren van organismen. Deze sessie gaat over water

en leren van organismen die zonder water kunnen

zodat we een vaccin kunnen maken dat lang zonder koeling kan.

Ik zal niet aan 12 geraken.

Ik wil nog zeggen dat het belangrijkste,

los van al deze aanpassingen, is dat deze organismen

een manier gevonden hebben om deze verbazende dingen te doen

terwijl ze voor het milieu zorgen

dat voor hun jongen zal zorgen.

Als ze aan voorspel doen,

denken ze aan iets heel belangrijks:

dat hun genetisch materiaal

zal overleven, wel 10.000 generaties lang.

Dat betekent een manier vinden om te doen wat ze doen

zonder de omgeving te vernietigen die voor hun jongen zal zorgen.

Dat is de grootste ontwerpuitdaging.

Gelukkig zijn er miljoenen en miljoenen genieën

die ons hun beste ideeën willen geven.

Veel geluk in jullie conversatie met hen.

Bedankt.

(Applaus)

Chris Anderson: over voorspel gesproken, we moeten aan 12 geraken, maar snel.

Janine Benyus: O ja?

CA: Ja. Doe maar de 10-secondenversie

van 10, 11 en 12. Omdat je slides zo mooi zijn

en de ideeën zo goed. Ik kan je niet laten gaan

zonder 10, 11 en 12 te zien.

JB: Ok, ik zal dit wel even vasthouden.

Dat was dus genezen.

Waarnemen en reageren: feedback is erg belangrijk.

Dit is een sprinkhaan. Ze kunnen wel met 80 miljoen op 1 vierkante km zijn

en toch botsen ze niet met elkaar.

Wij hebben 3,6 miljoen auto-ongelukken per jaar.

(Gelach)

Juist. Er is iemand in Newcastle

die ontdekte dat sprinkhanen een vrij groot neuron hebben.

Momenteel probeert ze

een botsingvrij circuit te maken,

gebaseerd op dit grote neuron van de sprinkhaan.

Nummer 11 is een heel belangrijke:

de groeiende vruchtbaarheid.

Vruchtbaarheid cultiveren.

We moeten vruchtbaarheid telen. En het levert ook nog voedsel op.

We moeten de capaciteit van deze planeet opkrikken

om meer mogelijkheden voor leven te creëren.

Dat doen andere organismen ook.

Dat is wat hele ecosystemen doen:

ze creëren meer en meer mogelijkheden voor leven.

Onze landbouw heeft het omgekeerde gedaan.

Onze landbouw moet gebaseerd zijn op hoe een prairie aarde maakt,

fokkerijen gebaseerd op hoe een inheemse hoefdierenkudde

de gezondheid van de kudde eigenlijk verbetert.

Zelfs de behandeling van afvalwater moet gebaseerd zijn op hoe een moeras

niet alleen het water zuivert,

maar ook de productiviteit bevordert.

Dat is de eenvoudige opdracht van het ontwerp. Het ziet er eenvoudig uit

omdat het systeem er 3,8 miljard jaar over gedaan heeft.

De organismen die geen manier vonden

om hun plaats te verbeteren,

zijn er niet meer om het ons na te vertellen.

Dat is de twaalfde.

Het leven - en dit is de geheime, magische truc -

het leven creëert condities die het leven bevorderen.

Het maakt aarde aan, het zuivert de lucht en het water,

het mixt de mengeling van gassen die we nodig hebben om te leven.

En dat alles terwijl het goed voorspel heeft

en in z'n behoeften voorziet. Dat sluit elkaar niet uit.

We moeten een manier vinden om in onze behoeften te voorzien

terwijl we van deze aarde een paradijs maken.

CA: Janine, hartelijk dank.

(Applaus)