Janine Beynus opowiada o projektowaniu z natury

W tym inspirującym wykładzie na temat ostatnich osiągnięć w dziedzinie biomimikry, Janine Benyus dostarcza zachęcających przykładów dotyczących sposobów, w jakie natura wpływa na wytwory i systemy, które tworzymy.

To ekscytujące być tutaj, na konferencji

zatytułowanej „Inspirowane Naturą” – możecie sobie wyobrazić.

Jestem także podekscytowana przydzieleniem do sekcji gry wstępnej.

Zauważyliście, że nazwa tej sekcji to gra wstępna?

Ponieważ będę mówić o moim ulubionym stworzeniu,

którym jest perkoz wielki. Nie przeżyliście wiele,

jeśli nie widzieliście perkozów wykonujących swój taniec godowy.

Byłam nad Jeziorem Bowmana w Parku Narodowym Glacier,

które jest długim, wąskim jeziorem kryjącym w swym wnętrzu coś w rodzaju odwróconych gór;

mój partner i ja mieliśmy łódź wiosłową.

Wiosłowaliśmy więc i pojawił się jeden z tych perkozów.

Jeśli chodzi o ich taniec godowy,

dwa perkozy, partnerzy, schodzą się razem i zaczynają biec pod wodą.

Przebierają w wodzie nogami, szybciej, i szybciej, i szybciej, dopóki nie zaczną poruszać się tak prędko,

że dosłownie wznoszą się nad wodę

i stają pionowo, przebierając nogami po jej powierzchi.

Jeden z tych perkozów zbliżył się, kiedy wiosłowaliśmy.

Byliśmy w łodzi, i poruszaliśmy się naprawdę szybko.

I ten perkoz, jak sądzę, wziął nas błędnie za potencjalnego partnera

i zaczął biec po wodzie obok nas

w tańcu godowym – przez wiele mil.

Zatrzymywał się i znowu zaczynał, znowu zatrzymywał, i znowu zaczynał.

Oto prawdziwa gra wstępna.

(Śmiech)

W tym momencie prawie zmieniłam gatunek.

Najwyraźniej życie może nas czegoś nauczyć

w dziedzinie rozrywki. Życie może nas wiele nauczyć.

Ale dziś chciałabym opowiedzieć o tym,

czego życie może nauczyć nas w dziedzinie technologii i projektowania.

O tym, co się wydarzyło od chwili ukazania się książki,

która traktowała o badaniach nad biomimikrą.

Od tej pory architekci, projektanci, inżynierowie –

ludzie, którzy tworzą nasz świat – zaczęli dzwonić i mówić:

chcemy, żeby za stołem do projektowania zasiadł biolog

i pomógł nam znaleźć inspirację w czasie rzeczywistym.

Albo – co jest dla mnie prawdziwą zabawą – chcemy, żebyś zabrała nas na zewnątrz,

do świata natury. Pojawimy się z projektanckim wyzwaniem

i znajdziemy mistrzów adaptacji w świecie przyrody, którzy będą mogli nas zainspirować.

To jest zdjęcie z wycieczki na Galapagos, które zrobiliśmy

razem z inżynierami rafinerii płynnych odpadów; oni oczyszczają ścieki.

Niektórzy z nich byli bardzo niechętni tej wyprawie.

Na samym wstępie zakomunikowali nam: my już stosujemy biomimikrę

Używamy bakterii do czyszczenia naszej wody. A my odpowiedzieliśmy:

no cóż, to, co robicie, nie jest właściwie byciem zainspirowanym przez naturę.

To jest bio-przetwarzanie, technologia wspomagana procesami naturalnymi:

używanie organizmu do oczyszczania waszych ścieków

jest przestarzałą technologią zwaną „udomowieniem”.

To jest uczenie się czegoś, przejmowanie pomysłu od organizmu i zastosowanie go.

Ale oni nadal nie rozumieli.

Wybraliśmy się więc na spacer po plaży, a ja poprosiłam:

przedstawcie mi jeden z waszych dużych problemów. Dajcie mi projektanckie wyzwanie,

przeszkodę w procesie podtrzymywania środowiska naturalnego,która nie pozwala wam posuwać się dalej bez naruszania równowagi ekologicznej.

Odpowiedzieli: osadzanie się, czyli nabudowywanie się minerałów wewnątrz rur.

I dodali: minerały

nabudowują się tak, jak u ciebie w domu.

I wtedy ujście się zamyka i musimy przetykać rury toksynami

albo je wykopywać.

Jeśli znalibyśmy sposób, żeby powstrzymać to osadzanie się -

a ja zebrałam trochę muszelek z plaży i zapytałam ich:

czym jest osadzanie się? Co się znajduje wewnątrz waszych rur?

Odpowiedzieli: węglan wapnia.

A ja odparłam: to jest właśnie to, węglan wapnia.

A oni o tym nie wiedzieli.

Nie wiedzieli, że matryca muszli

jest tworzona przez białka, i że następnie jony wody morskiej

krystalizują się i tak powstaje muszla.

Ten sam proces, bez udziału protein,

odbywa się wewnątrz ich rur. Ale oni nie byli tego świadomi.

Nie przez brak informacji, tylko przez brak integracji.

Powodem było myślenie tunelowe, tkwienie w ograniczonym schemacie. Nie zdawali sobie sprawy,

że to był ten sam proces. Jeden z nich przemyślał to

i zapytał: jeśli to jest po prostu proces krystalizacji

dokonujący się automatycznie na bazie morskiej wody, nagromadzenie,

to dlaczego muszle nie mają nieskończonych rozmiarów? Co powstrzymuje osadzanie się?

Dlaczego nie powiększają się nieprzerwanie?

A ja odpowiedziałam: w ten sam sposób,

w jaki wydzielają proteinę, która zapoczątkowuje krystalizację –

wówczas oni się jakby nachylili –

uwalniają proteinę, która powstrzymuje krystalizację.

Nawiązuje to bardzo dokładnie do rosnącej powierzchni kryształu.

Istnieje nawet produkt zwany TPA,

który jest podobny do tej powstrzymującej wzrastanie proteiny,

i jest on przyjaznym dla środowiska sposobem na powstrzymanie procesu osadzania się w rurach.

To wszystko zmieniło. Od tej chwili

nie można już było tych inżynierów ściągnąć z powrotem na łódź.

Pierwszego dnia ulotnili się

i wszystko, co robili, to: klik, klik, klik. Pięć minut później byli z powrotem na łodzi.

Skończyliśmy. Wiecie, takie: już widziałem tą wyspę.

Ale po tym

zaczęli się czołgać dookoła. Nie przestaliby,

nurkowaliby tak długo, jak długo byśmy im pozwolili.

Uświadomili sobie ostatecznie, że gdzieś tam były organizmy,

które już dawno rozwiązały problem,

nad którym oni pracowali od początku swojej kariery.

Uczenie się o świecie przyrody to jedno,

uczenie się od świata przyrody – to jest istotny przeskok.

Głęboka zmiana.

Ci inżynierowie uświadomili sobie, że odpowiedzi na ich pytania są wszędzie,

a oni muszą po prostu zmienić soczewki, przez które obserwują świat.

3,8 miliarda lat badań w warunkach naturalnych.

Od 10 do 30 - Craig Venter prawdopodobnie powie wam, ile -

ja sądzę, że istnieje o wiele więcej niż 30 milionów skutecznych rozwiązań adaptacyjnych.

Ważne jest, że są to rozwiązania osadzone w kontekście.

A tym kontekstem jest Ziemia –

tym samym, w którym my próbujemy rozwiązać nasze własne problemy.

Jest to zatem świadome naśladowanie geniuszu natury.

To nie niewolnicze imitowanie –

chociaż Al chciałby mieć tą samą fryzurę –

to nie jest niewolnicza mimikra. To przejęcie zasad projektowania,

geniuszu świata natury, i uczenie się z niego.

W grupie, w której jest tak wielu ludzi związanych z IT, muszę wspomnieć o jednej rzeczy,

o której nie zamierzam dziś mówić, tj. że wasza dziedzina

przejęła bardzo wiele od żywych istot

w kwestiach dotyczących oprogramowania. Istnieją komputery, które same się chronią,

jak system odpornościowy, a my wykorzystujemy wiedzę dotyczącą regulacji działania genów

i rozwoju biologicznego. Uczymy się też dzięki sieciom neuronowym,

algorytmom genetycznym, obliczeniom ewolucyjnym.

Wszystko to w aspekcie oprogramowania. Ale dla mnie interesujące jest,

że nie przyjrzeliśmy się dokładnie temu. W mojej ocenie te maszyny

nie są wysokim osiągnięciem technologicznym

w tym znaczeniu, że w wodach Doliny Krzemowej

znajduje się mnóstwo substancji rakotwórczych.

Zatem sprzęt komputerowy

wcale nie spełnia oczekiwanych standardów w odniesieniu do tego, co świat ożywiony uznałby za sukces.

Czego więc możemy się nauczyć o produkowaniu nie tylko komputerów, ale i wszystkiego innego?

Samolotu, którym przylecieliście, samochodów, krzeseł, na których siedzicie?

W jak sposób projektujemy na nowo świat stworzony przez człowieka?

Jeszcze ważniejsze, o co powinniśmy zapytać w ciągu najbliższych 10 lat?

Życie dysponuje wieloma znakomitymi technologiami.

Jak wygląda schemat?

Kluczowe są trzy pytania.

Jak życie tworzy rzeczy?

Oto przeciwieństwo tego procesu; sposób, w jaki my to robimy.

Zwie się „rozgrzej, uderzaj, obrabiaj” –

tak nazywają to naukowcy zajmujący się materiałami.

Jest to proces wykrajania rzeczy z góry na dół, w którym odpady stanowią 96 procent,

a produkt tylko 4. Podgrzewasz, uderzasz pod wysokim ciśnieniem,

używasz chemikaliów. „Rozgrzej, uderzaj, obrabiaj”.

Świat ożywiony nie może sobie na to pozwolić. W jaki sposób natura tworzy rzeczy?

W jaki sposób uzyskuje z nich to, co najlepsze?

To jest pyłek geranium.

Jego kształt umożliwia mu

wirowanie w powietrzu z łatwością. Spójrzcie na ten kształt.

Świat ożywiony dodaje informację do materii.

Innymi słowy: strukturę.

Daje jej informację. Dodając informację do materii

nadaje jej także funkcję różną od tej, która jest obecna, gdy nie ma struktury.

Wreszcie, w jaki sposób natura pozbywa się swych wytworów?

Bo natura nie handluje rzeczami;

nie ma obiektów w świecie natury, które byłyby oddzielone

od systemu.

Bardzo szybki konspekt.

Czytam teraz więcej i więcej, śledzę wydarzenia i mogę powiedzieć

że w dziedzinie nauk biologicznych pojawiają się niezwykłe nowości.

Równocześnie słucham o wielu sprawach związanych z biznesem

i dowiaduję się, jakie są jego największe wyzwania.

Te dwie grupy nie rozmawiają ze sobą.

Wcale.

Co w świecie biologii może być przydatne w tym krytycznym momencie,

co pomoże nam przebrnąć przez tą ewolucyjną dziurę, w której tkwimy?

Spróbuję bardzo szybko przejść do punktu 12.

To, co wydaje mi się ekscytujące, to nagromadzanie się.

Teraz usłyszeliście o tym w kontekście nanotechnologii.

Wracając do muszli: jest ona samoistnie nagromadzonym materiałem.

Na lewo poniżej znajduje się zdjęcie perły-matki

formującej się z morskiej wody. Jest to struktura złożona warstwowo - najpierw minerał,

potem polimer – co sprawia, że jest ona bardzo twarda.

Jest dwa razy twardsza niż nasza wysoko technologicznie rozwinięta ceramika.

Ale naprawdę interesujące jest to, że w przeciwieństwie do naszej ceramiki wypalanej w piecu przemysłowym,

powstaje ona w morskiej wodzie. Proces ten zachodzi we wnętrzu organizmu, w jego bliskości.

Zaczynają to robić także ludzie –

to jest Sandia National Labs; człowiek o nazwisku Jeff Brinker

opracował metodę umożliwiającą zachodzenie samoistnie skupiającego się procesu programowania.

Wyobraźcie sobie, że jesteśmy w stanie wytwarzać ceramikę w temperaturze pokojowej

przez zwykłe zanurzanie substancji w płynie,

wyciąganie jej i pozwalanie procesowi odparowywania

na skupianie cząsteczek płynu razem,

aby układały się w ten sam sposób,

w jaki zachodzi wspomniana krystalizacja.

Wyobraźcie sobie, że jesteśmy w stanie produkować wszystkie twarde materiały używając tej techniki.

Wyobraźcie sobie, że rozpylamy na dachu poprzedników ogniwa fotowoltaicznego, ogniwa słonecznego,

a komórki te spontanicznie się gromadzą, aby stworzyć warstwową strukturę, która zbiera światło.

Ten przykład zainteresuje świat IT: bio-silikon.

To jest okrzemka zrobiona z krzemianu [sól kwasu krzemowego; rodzaj minerału].

Silikon, który teraz wytwarzamy,

jest częścią naszego problemu związanego z powstającymi w procesie produkcji układów scalonych substancjami rakotwórczymi –

a to proces bio-mineralizacji, który próbuje się obecnie symulować.

To pochodzi z Uniwersytetu Kalifornijskiego Santa Barbara. Spójrzcie na te okrzemki;

to z pracy Ernsta Haeckela.

Wyobraźcie sobie, że potrafimy – i podobnie, jest to proces wzorcowy,

a krzepnięcie dokonuje się za pomocą płynnych technologii – wyobraźcie sobie, że uzyskujemy

tą strukturę w temperaturze pokojowej.

Wyobraźcie sobie, że potrafimy produkować doskonałe soczewki.

Stworzenie po lewej to wężowidło; pokryte jest soczewkami,

które ludzie z Lucent Technologies uznali za nieposiadające

żadnych zniekształceń.

To jedna z najbardziej doskonałych soczewek, jakie znamy.

Jest ich tam wiele, pokrywają całe ciało tego organizmu.

Interesujący jest ponownie fakt, że powstały przez nagromadzanie się.

Kobieta o imieniu Joanna Aizenberg, z Lucent Technologies,

uczy się obecnie, jak wytworzyć ten rodzaj soczewek w procesach

angażujących niskie temperatury. Przygląda się także włóknom optycznym [światłowody].

Oto gąbka morska posiadająca włókno optyczne.

Na dole, u podstawy, znajdują się włókna optyczne,

które przewodzą światło lepiej niż nasze,

ale można je związać w węzeł; są niesamowicie elastyczne.

Oto kolejny wspaniały pomysł: CO2 jako materiał wsadowy.

Geoff Coates z Uniwersytetu Cornella rzekł sam do siebie:

rośliny nie postrzegają CO2 jako największej trucizny naszych czasów.

To my go tak widzimy. Rośliny zajęte są wytwarzaniem

długich skrobiowych i glukozowych łańcuchów z CO2. Znalazł on

katalizator i tym samym sposób,

aby stworzyć poliwęglan z CO2. Biodegradowalny plastik

z CO2 - zainspirowany procesami zachodzącymi w roślinach.

Przemiana energii promieniowania słonecznego - najbardziej podniecająca.

Ludzie z Arizona State University naśladują schemat pobierania energii

we wnętrzu bakterii purpurowej. Jeszcze bardziej interesujce jest to, że

w ostatnich kilku tygodniach odkryto

enzym zwany hydrogenazą, który potrafi zbudować

wodór z protonów i elektronów. Potrafi też pochłaniać wodór –

czyli odtworzyć to, co dzieje się w ogniwie paliwowym, w anodzie tego ogniwa

i w odwracalnym ogniwie paliwowym.

W naszych ogniwach paliwowych robimy to za pomocą platyny.

Świat ożywiony używa zwykłego żelaza.

Zespół właśnie dowiedział się, jak odtworzyć

tą żonglującą wodorem hydrogenazę.

To bardzo obiecujące –

dokonywać tego bez platyny.

Siła kształtu: oto wieloryb. Możemy zobaczyć, że płetwy tego wieloryba

mają guzki.

Zwiększają one wydajność, przykładowo,

na krawędziach samolotu, o 32 procent.

Jeśli umieścilibyśmy je na brzegach skrzydeł,

byłaby to niezwykła oszczędność paliw pochodzenia mineralnego.

Kolor bez barwników: ten paw tworzy kolor kształtem.

Światło przechodzi, odbija się od warstw;

nazywa się to interferencją cienkowarstwową. Wyobraźcie sobie, że jesteśmy w stanie

doprowadzić do nagromadzenia się wytworów wykorzystując kilka ostatnich warstw

bawiących się światłem w celu wytworzenia koloru.

Wyobraźcie sobie, że potrafimy stworzyć taki kształt na zewnętrznej stronie powierzchni,

który umożliwi samooczyszczanie się jedynie z użyciem wody. To właśnie potrafi robić liść.

Widzicie to zdjęcie w zbliżeniu?

To jest kulka wodna, a to są cząsteczki brudu.

A to jest zdjęcie liścia lotosu w zbliżeniu.

Pewna firma wytwarza produkt o nazwie Lotusan;

kiedy farba na fasadzie budynku wysycha, imituje on

wybrzuszenia powstające na samo-myjącym się liściu, w konsekwencji czego budynek zostaje umyty przez deszcz.

Woda będzie naszym ogromnym wyzwaniem:

gaszenie pragnienia.

Mamy tutaj dwa organizmy, które odciągają wodę.

Ten na lewo to chrząszcz namibijski pozyskujący wodę z mgły.

Ten na prawo to równonóg – odsysa wodę z powietrza.

Nie pije świeżej wody.

Odciąganie wody z mgły w okolicach Monterey i z parnego powietrza Atlanty,

zanim wniknie do wnętrza budynku, są kluczowymi technologiami.

Niezwykle ważne staną się technologie separacyjne.

Co Wy na to, jeśli powiedziałabym: koniec z górnictwem skał twardych?

Co, jeśli bylibyśmy w stanie oddzielać metale od strumienia odpadów –

małych ilości metalu w wodzie? Robią to mikroby,

chelatują metale w wodzie [chelatowanie - proces wiązania pierwiastków metalicznych przez słabe kwasy organiczne].

Tutaj, w San Francisco, znajduje się firma o nazwie MR3,

która utrwala miniaturowe repliki cząsteczek mikrobów na filtrach

w celu eksploatowania strumieni odpadów.

Ekologiczna chemia to chemia zachodząca w wodzie.

My dokonujemy procesów chemicznych w organicznych rozpuszczalnikach.

To jest zdjęcie kądziołków wydobywających się z pająka

i jedwabiu, który formuje. Czyż to nie piękne?

Ekologiczna chemia zastępuje naszą chemię przemysłową podręcznikiem przepisów natury.

Nie jest to proste, ponieważ życie wykorzystuje

tylko pewien podzbiór elementów z układu okresowego pierwiastków.

A my używamy wszystkich, nawet tych toksycznych.

Stworzenie pełnych wdzięku formuł, które używałyby tylko małego podzestawu pierwiastków

i tworzyły cudowne materiały tak, jak robi to właśnie ta komórka,

jest zadaniem ekologicznej chemii.

Zsynchronizowany rozkład: opakowanie, które jest dobre,

dopóki go potrzebujesz, i które rozpuszcza się na skinienie.

Oto małż, którego możecie spotkać w tutejszych wodach.

Nici, którymi przytrzymuje się skały, są zsynchronizowane –

zaczynają się rozpuszczać dokładnie po dwóch latach.

Oto interesujące zagadnienie: leczenie.

Ten mały kolega tam w górze to niesporczak.

Istnieje globalny problem dotyczący szczepionek,

które nie docierają do pacjentów. Powodem jest to,

że stałe utrzymywanie niskiej temperatury, czego wymaga ich przechowywanie, czasem się nie udaje;

nazywa się to przerwaniem „zimnego łańcucha”.

Człowiek nazwiskiem Bruce Rosner przyjrzał się dokładniej niesporczakowi,

który potrafi całkowicie wyschnąć, a mimo to wciąż pozostać żywym przez wiele miesięcy

i sam się zregenerować.

Znalazł on sposób, aby pozbawić szczepionki wody –

zamknąć je w cukrowych kapsułkach,

takich samych jak te, które niesporczak ma w swoich komórkach –

co oznacza, że szczepionki nie wymagają już zamrażania.

Można je włożyć do schowka.

Uczenie się od organizmów. Ta część poświęcona jest wodzie –

uczenie się o organizmach, które potrafią obejść się bez wody,

po to, aby móc stworzyć szczepionkę, która zachowuje swoje właściwości bez zamrażania.

Nie dotrę do punktu 12.

Ale powiem wam, że najważniejszą rzeczą,

oprócz wszystkich tych przykładów przystosowania, jest to, że organizmy te

odkryły sposób, aby dokonywać tych wszystkich niesamowitych rzeczy

i równocześnie zatroszczyć się o otoczenie,

w którym będzie żyło ich potomstwo.

Kiedy uczestniczą w grze wstępnej,

myślą o bardzo istotnej kwestii,

a jest nią przetrwanie ich genetycznego materiału

przez następne 10 000 pokoleń, licząc od teraz.

A to oznacza znalezienie sposobu na robienie tego, co robią,

bez niszczenia miejsca, w którym będzie żyło ich potomstwo.

Oto największe wyzwanie projektanckie.

Na szczęście, istnieją miliony geniuszy,

którzy chętnie podzielą się z nami swoimi najlepszymi pomysłami.

Powodzenia w rozmowach z nimi.

Dziękuję.

(Oklaski)

Chris Anderson: Rozmowa o grze wstępnej, musimy szybko dotrzeć do punktu 12.

Janine Benyus: Naprawdę?

CA: Tak, taka 10-sekundowa wersja

punktów 10, 11 i 12. Bo Twoje slajdy są takie cudowne,

a pomysły takie wspaniałe; nie mogę cię wypuścić,

zanim nie pokażesz nam reszty.

JB: Dobrze, przytrzymam to. Świetnie.

Więc to dotyczyło leczenia.

Odczuwanie bodźców i odpowiadanie: feedback to wspaniała rzecz.

To jest szarańcza. Może być ich ok. 80 mln na jednym kilometrze kwadratowym,

a mimo to nie zderzają się ze sobą.

A my wciąż mamy 3,6 mln wypadków samochodowych rocznie.

(Śmiech)

Właśnie. W Newcastle jest ktoś,

kto odkrył, że jest za to odpowiedzialny bardzo duży neuron.

A teraz ten ktoś pracuje nad tym, jak stworzyć

zapobiegający kolizjom układ elektryczny

w oparciu o ten wielki neuron u szarańczy.

Numer 11 jest bardzo ważny –

uprawa urodzajnej gleby.

To oznacza sieć upraw żyznej gleby.

Powinniśmy uprawiać urodzajną glebę. I oczywiście – jedzenie również.

Ponieważ musimy wyhodować zdolność tej planety

do tworzenia większych szans dla życia.

I to jest właśnie to, co robią inne organizmy.

Ogólnie, to jest to, co robi cały ekosystem:

tworzy coraz więcej możliwości dla życia.

Nasze rolnictwo uczyniło coś przeciwnego.

Zatem, system upraw oparty na sposobie, w jaki preria buduje glebę,

hodowla czerpiąca z przykładu stada kopytnego,

którego obecność na rdzennym terenie wypasu poprawia jego stan.

Nawet oczyszczanie ścieków płynnych wzorowane na metodzie bagna,

które nie tylko czyści wodę,

ale i osiąga w tym niesamowitą wydajność.

To jest proste projektowanie w skrócie. To znaczy, wygląda na proste,

ponieważ wypracował go system liczący ponad 3,8 miliarda lat.

To oznacza, że tych organizmów, które nie były w stanie wpaść na to,

jak polepszyć lub uatrakcyjnić swoje otoczenie,

już nie ma i nie mogą nam nic powiedzieć.

Oto numer dwunasty.

Życie – i oto magiczna sztuczka –

życie tworzy warunki sprzyjające życiu.

Tworzy glebę, czyści powietrze, wodę,

miesza koktajl gazowy, którego ty i ja potrzebujemy do życia.

A robi to w samym środku wspaniałej gry wstępnej

i wychodzenia naprzeciw potrzebom organizmów żywych. A zatem nie są to wzajemnie się wykluczające czynności.

Musimy znaleźć sposób, aby zaspokajać nasze potrzeby,

równocześnie czyniąc to miejsce rajem.

CA: Janine, bardzo ci dziękujemy.

(Oklaski)