Levensreddende wetenschappelijke instrumenten van papier

Uitvinder Manu Prakash maakt van dagdagelijkse materialen krachtige wetenschappelijke instrumenten: van microscopen van papier tot een slimme nieuwe muskietdetector. Op het TED Fellows-podium demonstreert hij Paperfuge, een handaangedreven centrifuge geïnspireerd op een draaiend speeltje dat 20 cent kost en het werk van een machine van 1.000 dollar kan doen en wel zonder elektriciteit.

Ik hou van gereedschappen maken
en ze delen met mensen.

Ik herinner me dat ik als kind
mijn eerste instrument bouwde,

een microscoop,

door de lenzen van de bril
van mijn broer te pikken.

Waar hij niet zo blij mee was.

Maar misschien maak ik juist daardoor
30 jaar later nog altijd microscopen.

Dat doe ik voor dit soort momenten.

(Video) Meisje:

Ik heb zwarte dingen in mijn haar --

Manu Prakash:
Dit is een school in de Bay Area.

(Video) MP: De levende wereld
overtreft onze verbeelding

van hoe de dingen echt werken.

(Video) Jongen: O, mijn God!

MP: Juist -- O, mijn God!

Ik had me niet gerealiseerd
dat dit zo'n universeel gezegde was.

In de afgelopen twee jaar bouwden we
in mijn lab 50.000 Foldscopes

en stuurden ze naar
130 landen in de wereld,

zonder kosten voor de kinderen
die ze ontvingen.

Alleen al dit jaar willen we
met de steun van onze gemeenschap

een miljoen microscopen verzenden
naar kinderen over de hele wereld.

Wat doet dat?

Het creëert een inspirerende gemeenschap
van mensen over de hele wereld

die van elkaar leren
en elkaar onderwijzen,

van Kenia tot Kampala
tot Kathmandu tot Kansas.

Een van de fenomenale dingen
die ik hieraan zo leuk vind,

is het gevoel van gemeenschap.

Een kind in Nicaragua

leert anderen om de muggensoort
die dengue overbrengt te identificeren

door met een microscoop
naar de larve te kijken.

Een farmacoloog vond een nieuwe manier

om overal nepgeneesmiddelen op te sporen.

Een meisje vroeg zich af:
"Hoe werkt glitter eigenlijk?"

en ontdekte de fysica
van kristalvorming in glitter.

Een Argentijnse dokter probeert hiermee
baarmoederhalskanker op te sporen.

En ondergetekende vond een vlooiensoort

die zich één centimeter diep
in mijn hiel had ingegraven.

Nu kan je dit zien als toevalstreffers,

maar er is methode in deze waanzin.

Ik noem dit ‘zuinige wetenschap’ --

het idee om wetenschapservaring te delen,

niet alleen maar informatie.

Bedenk dat er op deze planeet één miljard
mensen leven zonder enige infrastructuur:

geen wegen,

geen elektriciteit

en dus ook geen gezondheidszorg.

Ook leven op deze planeet
één miljard kinderen in armoede.

Hoe moeten we hen inspireren

om de volgende generatie
van oplossingszoekers te worden?

We rusten werkers
in de gezondheidszorg uit

voor de bestrijding van infectieziekten,

om ons te beschermen met het absolute
minimum aan instrumenten en middelen.

Op mijn lab op Stanford

denk ik hieraan in een context
van zuinige wetenschap

en bouw ik oplossingen
voor deze gemeenschappen.

Eigenlijk willen we een diagnose stellen,
onder een boom, zonder elektriciteit.

Ik geef twee voorbeelden
van nieuwe instrumenten.

Eén kwam van Uganda.

In 2013 tijdens een veldstudie

om schistosomiasis
te detecteren met Foldscopes

kwam ik op iets geks uit.

In een kliniek in een afgelegen gebied

zag ik dat een centrifuge
werd gebruikt als een deurstop.

Ik bedoel -- letterlijk als deurstop.

Ik vroeg hen waarom en ze zeiden:

"Ach, we hebben toch geen elektriciteit,

dus kan dit stuk schroot
evengoed als deurstop dienen."

Centrifuges, voor wie het niet weet,

zijn het hulpmiddel bij uitstek
om bloedmonsters te verwerken.

Je scheidt de componenten
van bloed of lichaamsvloeistoffen

om pathogenen te kunnen
detecteren en identificeren.

Maar centrifuges zijn groot, duur --

ze kosten ongeveer 1.000 dollar --

en zijn echt moeilijk
om mee rond te zeulen.

En natuurlijk werken ze
niet zonder stroom.

Klinkt bekend?

Dus zochten we een oplossing
voor dit probleem

en ik vond iets --

door te denken aan speelgoed.

Nu ...

Ik heb er een paar bij me.

Eerst probeerde ik jojo's ...

en ik ben een abominabele jojo-werper.

Omdat deze objecten draaien,
vroegen we ons af

of we gebruik konden maken
van de fysica van deze objecten

om centrifuges te kunnen bouwen?

Slechter werpen kon niet.

Maar je zou iets kunnen realiseren

door de veilige ruimte
van speelgoed te verkennen --

we hebben tollen getest

en kwamen daarna in het lab

bij dit wonder terecht.

Je zou het een zoemknoop
of zoemer kunnen noemen.

Een paar touwtjes en een kleine schijf,

en als ik trek, gaat hij draaien.

Hoeveel van jullie hebben
er als kind mee gespeeld?

Het heet een knoop-aan-een-touwtje.

Oké, misschien de helft van jullie.

Wat je niet besefte,
is dat dit kleine object

het oudste speelgoed
in de geschiedenis is ...

5.000 jaar oud.

We vonden resten van dit ding
over de hele planeet.

Ironisch genoeg begrijpen we eigenlijk
niet hoe dit kleine ding werkt.

Dan raak ik pas opgewonden.

We gingen weer aan het werk

en schreven wat vergelijkingen op.

Als je er de momentkracht,
de weerstand op de schijf

en de draaiweerstand
op de touwtjes in steekt,

moet je dit wiskundig kunnen oplossen.

Dit is niet de enige
vergelijking in mijn lezing.

Tien pagina's berekeningen later

konden we de complete
analytische oplossing opschrijven

voor dit dynamische systeem.

Daar kwam de ‘Paperfuge’ van.

Dat is postdoctoraal student Saad Bhamla,

de mede-uitvinder van Paperfuge.

Links zie je alle centrifuges
die we proberen te vervangen.

Dit kleine object hier

bestaat uit een schijf,
een paar draden en een handvat.

Als ik draai

en duw,

begint het te draaien.

Als je je realiseert,

als je het uitrekent,

als je het toerental
van dit object berekent,

komen we op een miljoen toeren per minuut.

Nu is er wat raars
in de menselijke anatomie,

omdat de resonantiefrequentie
van dit object ongeveer 10 hertz is

en als je ooit piano hebt gespeeld,

kom je niet hoger dan twee of drie hertz.

De maximale snelheid
die we konden bereiken met dit object

is geen 10.000 toeren/min,

geen 50.000 toeren/min,

maar 120.000 toeren/min.

Dat komt overeen met 30.000 g-krachten.

Als ik je hier op zou plakken
en zou draaien,

denk dan eens over welk soort
krachten je zou ervaren.

Maar waar het om gaat,

is dat je er diagnoses mee kan uitvoeren.

Snel een korte demo.

Even een kleine vingerprik

en we hebben een druppeltje bloed.

Als je niet tegen bloed kunt,
kijk dan maar niet.

Hier is een klein lancet.

Deze lancetten zijn overal beschikbaar,

volledig passief.

Als ik vandaag al had ontbeten ...

Dat deed geen pijn.

OK, ik neem een kleine capillair
met een druppel bloed.

Deze druppel bloed bevat antwoorden,
daarom ben ik erin geïnteresseerd.

Ze zou me kunnen vertellen
of ik al dan niet malaria heb.

Ik neem een kleine capillair

en je ziet dat hij
het begint op te zuigen.

Nog wat bloed.

Zo is het genoeg.

Ik verzegel deze capillair met wat klei.

Nu is het monster verzegeld.

We nemen het monster

en monteren het op de Paperfuge.

Een stukje tape om de holte af te dichten.

Nu is het monster volledig omsloten.

En we zijn klaar om te gaan draaien.

Ik duw en trek aan dit object.

Ik ga het opladen ...

Je ziet dat het object begint te draaien.

Anders dan een gewone centrifuge is dit
een tegengesteld draaiende centrifuge.

Ze gaat heen en weer, heen en weer ...

Ik ben ze aan het opladen

en je ziet dat ze steeds sneller gaat --

ik weet niet of jullie dit horen --

Als ik dit 30 seconden doe,

zou ik alle bloedcellen van het plasma
moeten kunnen scheiden.

De verhouding
van bloedcellen tot plasma --

(Applaus)

Als je goed kijkt,

als je erop let,

zie je aparte volumes
van bloed en plasma.

De verhouding ervan vertelt me
of ik bloedarmoede kan hebben.

Een van de aspecten hiervan is
dat we vele soorten Paperfuges bouwen.

Deze laat ons toe
om malariaparasieten te identificeren

door het een beetje
langer te laten draaien.

We kunnen de malariaparasieten
in het bloed identificeren

door ze met een dergelijke centrifuge
te scheiden en op te sporen.

Met een andere versie
kan ik nucleïnezuren afscheiden

om ter plekke op nucleïnezuur te testen.

Met nog een andere versie
kan ik bulkmonsters afscheiden.

En ten slotte werken we aan iets nieuws

waarmee we gehele multiplextesten
op een voorwerp als dit uitvoeren.

Dus waar je de monstervoorbereiding
en de chemie in hetzelfde object uitvoert.

Allemaal goed en wel,

maar als je erover begint na te denken,

moet je deze tools delen met mensen.

Een van de dingen die we deden --
we zijn net terug van Madagaskar;

zo zien klinische proeven
voor malaria er daar uit.

(Gelach)

Je kunt dit doen tijdens een koffiepauze.

Maar het belangrijkste is

dat dit dorp op zes uur
van elke weg is gelegen.

We zitten in een kamer met één
van de vooraanstaanden van de gemeenschap

en een hulpverlener.

Dit deel van het werk
boeit mij het meest --

die glimlach,

eenvoudige maar krachtige hulpmiddelen
delen met mensen over de hele wereld.

Ik vergat te vertellen

dat die dingen me slechts 20 cent kosten.

In de negatieve tijd die me nog rest,

vertel ik jullie over de meest recente --

(Gelach)

uitvinding uit ons laboratorium.

Ze heet de Abuzz --

het idee dat jullie allemaal ons zouden
kunnen helpen om muggen te bestrijden.

Je kunt ons helpen om
onze vijanden op te sporen.

Het zijn vijanden omdat ze malaria,
zika, chikungunya en dengue veroorzaken.

Maar het probleem is dat we eigenlijk
niet weten waar onze vijanden zitten.

Een wereldkaart van waar
de muggen zitten, bestaat niet.

Daar gingen we dus over nadenken.

Er bestaan 3500 soorten muggen

en ze lijken allemaal erg op elkaar.

Sommigen zelfs zozeer

dat zelfs een entomoloog ze niet
kan identificeren onder een microscoop.

Maar ze hebben een achilleshiel.

Zo zien flirtende muggen eruit.

Hier zit een mannetje
achter een vrouwtje aan.

Ze praten eigenlijk met elkaar
door hun vleugelslagfrequenties.

(Zoemend geluid)

En dus hebben ze een kenmerk.

We realiseerden ons dat het gebruik
van een gewone telefoon,

zo een klaptelefoon van $5 tot $10 --

kennen jullie hem nog?

(Gelach)

daarmee kunnen we de akoestische
kenmerken van muggen opnemen.

Ik zal uitleggen hoe.

Ik ving buiten wat muggen.

Anders dan Bill [Gates]
ga ik ze niet terug vrijlaten.

(Gelach)

Maar ik ga uitleggen
hoe je hun gezoem kan opnemen.

Tik ertegen en ze gaan vliegen.

Je kunt het eerst testen --

Ik hoor ze al.

Je brengt de microfoons
van je telefoon erbij --

die blijken verdomde goed te zijn,

zelfs van gewone telefoons,

dat je dit kenmerk
in het veld kunt opnemen.

Mijn tijd is op.

Ik laat alleen de opname
van een dag geleden horen.

(Muggen zoemen)

Dit is het al te charmante
geluid dat jullie kennen,

waar jullie allemaal zo van houden.

Maar hierdoor kunnen we
met een gewone mobiele telefoon

muggensoorten in kaart brengen.

Met behulp van een klaptelefoon

legden we een van de grootste
akoestische databases aan

van de 25-20 soorten muggen
die humane pathogenen dragen.

Hiermee en met machinaal leren,

en met iedereen die deze gegevens uploadt,

kunnen we ze identificeren en je vertellen

met welke soorten muggen
je waarschijnlijk te maken hebt.

We noemen dit Abuzz en als je wil meedoen,
ga je gewoon naar de website.

Ik sluit af met iets heel belangrijks,
iets dat mij na aan het hart ligt.

Eén van de uitdagingen van vandaag is
dat we verschrikkelijke problemen hebben.

Een miljard mensen hebben
absoluut geen gezondheidszorg

en er is klimaatverandering,
verlies aan biodiversiteit,

enzovoort, enzovoort.

En we hopen dat de wetenschap
daar een antwoord op gaat geven.

Maar voordat je hier weggaat,

moet je me één ding beloven.

We gaan wetenschap toegankelijk maken --

niet alleen voor wie
het zich kan veroorloven,

maar voor een miljard anderen
die dat niet kunnen.

Laten we van wetenschap

en wetenschappelijke geletterdheid
een mensenrecht maken.

Door het tintelend gevoel
van het maken van een ontdekking

met kinderen te delen,

maak je van hen de volgende groep mensen

die daadwerkelijk
deze problemen gaan oplossen.

Dank je.

(Applaus)