用紙製作救命的科學工具

發明家馬努．帕拉卡施用日常材料製作強大的科學儀器，從折疊顯微鏡到最新的蚊子追蹤器。在 TED 舞台上，他演示了紙製離心機，一個受到玩具啟發的手動離心機。造價僅 20 美分，卻能完成 1000 美元機器的工作，並且不需要用電。

我熱愛製作工具
並把它們分享給他人。

記得小時候我做的
第一個工具是顯微鏡，

用從哥哥那偷來的眼鏡片做的，

他不是很高興。

但，你知道嗎，
或許就是因為那一刻，

30 年後，我依然在做顯微鏡。

而我製作它們的原因，
就是為了這樣的時刻：

（影片）女孩：有黑色的
東西在我頭髮裡——

馬努：這是在灣區的一所學校。

（影片）馬努：真實的世界如何運行
與我們的想像大相逕庭。

（影片）男孩：天啊！

馬努：沒錯——天啊！

我真的沒想到
大家的反應都是這句話。

這兩年以來，

在我的實驗室裡，

我們做了五萬個
「折疊式顯微鏡」(Foldscope)，

並將之送到全球 130 多個國家，

免費提供給孩子們使用。

單是今年，

在社群的支持下，

我們計畫發放一百萬台顯微鏡
給世界各地的小朋友。

這將有什麼作用呢？

它能營造一個有啟發性作用的社群，

讓世界各地的人
共同學習、相互傳授。

從肯尼亞到坎帕拉，
從加德滿都到堪薩斯。

我特別喜歡這計畫的一個效應，

就是「社群」的感覺。

有一位尼加拉瓜的小孩，

能教別人如何透過顯微鏡觀察蟲卵，

來分辨會攜帶登革熱的蚊子。

一名藥理學家，

找到了一個在任何地方
都能分辨假藥的新方法。

有一個小女孩想知道：

「亮粉為什麼會發亮？」

結果發現了亮粉的物理結晶構造。

還有一位阿根廷的醫生，

用這項工具實現了
現場實地子宮頸癌篩檢。

甚至在我腳後跟處一公分深的地方，

你能挖到了新品種的跳蚤。

你可能覺得這不過是特別情況。

不過真的有辦法
讓這件神奇的事情成真。

我叫它做「便宜科學」——

這是一個分享科學經驗，

而非只有科學資訊的理念。

提醒各位，

這顆星球上有十億人
生活在毫無基礎建設的環境裡：

沒有公路、

沒有電力，

所以也沒有醫療保健。

同樣的，這星球上有十億孩童
生活在貧困之中，

應該怎樣啟發他們

成為下一代的問題解決者？

還有要如何支援那些
靠著極有限的工具和資源保護我們，

在對抗傳染性疾病的最前線
奮戰的醫療工作者。

作為史丹福大學的研究員，

我在想，要如何運用
便宜科學的理念來啟發孩子們，

並為這些社區設計出解決方案。

我們通常需要考慮的是如何
在樹下、沒有電的情況下做診斷，

向各位說兩個新工具的案例。

其中一個我要從烏干達講起，

2013 年，在使用折疊顯微鏡
檢測血吸蟲病的一次野外考察中，

我觀察到一個小現象。

在這個地處偏僻遙遠的診所裡，

我看到一個離心機被用來做門擋，

他們真的是直接拿離心機來擋門。

我對此表示疑惑，他們回答說：

「哦，我們並沒有電啊，

所以這塊垃圾最好的用處
就是用來擋門。」

離心機這個機器，
如果有人不了解的話，

它是非常重要的樣本分析工具，

它可以幫你分離出
血液或體液中的成分，

以供檢測和鑒別病原體用。

但離心機既笨重又昂貴——

大概 1000 美元一台——

並且非常難以搬運到野外工作。

當然了，沒有電它們也無法運作。

這聽起來是不是有點耳熟？

所以我們開始思考
怎麼解決這個問題，

我回到實驗室，一直想到玩具。

現在......

我帶了幾個來。

我最開始是從溜溜球下手的，

我很不擅長玩溜溜球。

但這個東西會旋轉，

我們就在想......

能不能利用這個原理
來做離心機呢？

這大概是我扔得最爛的一次。

所以你就會開始想

還有哪些工具與玩具一樣安全——

我們試過陀螺......

然後在實驗室裡，

我們偶然發現了這個神奇的小玩意，

這也是陀螺的一種，又叫拉線飛輪。

它由幾根繩子和一個圓盤構成。

如果我拉一下繩子，它就會旋轉。

有多少人小時候玩過這個？

這就是所謂的「鈕扣飛輪」。

好吧，大概有一半的人。

但你可能不知道——

這個小東西，

它是人類歷史上最古老的玩具。

五千年前就和遺跡一起
深埋在我們的地球上。

但諷刺的是，

實際上我們並不知道
這個小東西的原理是什麼，

這樣的情況讓我相當興奮。

我們回到工作正軌上，

寫下了幾條方程式。

如果你知道你的輸入扭矩，

輪盤的阻力，及線的扭阻力，

如此就能直接導出數學公式
來解決這個問題。

這可不是唯一的方程式，

經過十幾頁的數學計算之後，

我們終於寫出了這個
動力系統的完整解析方案。

最後得到的就是我們稱之為
「紙離心機」的東西。

這是我帶的博士後，薩德．巴姆拉，

也是紙離心機的共同發明者，

左邊你看到的那些離心機
是我們想要替換掉的。

你們現在看到的這個小東西，

是一個圓盤，幾條線和一個把手。

當我想要它旋轉時，

我這樣拉，

它就轉起來了。

你會發現，

如果你用數學來計算這東西的轉速，

理論上，我們可以
做到一分鐘一百萬轉。

接下來跟人體解剖構造有關，

因為這個小東西的
共振頻率大概有 10 千赫，

如果你彈過鋼琴的話，

你就知道，不會高過 2-3 千赫。

我們這個小東西能達到的最大速度，

不是每分鐘一萬轉，

也不是每分鐘五萬轉，

而是每分鐘十二萬轉，

相當等於三萬個重力加速度。

如果我把你黏在這裡，
然後讓它旋轉，

想想看你會感受到什麼樣的力量。

這樣的工具需要考慮一個關鍵，

就是能否用於診斷。

所以我準備在這
做一個簡短的演示，

現在我要戳一下手指頭，

這會流出一小滴血。

如果你不喜歡血，可以不看。

這有一個小採血針，

這樣的小針在哪都很常見，

完全沒有攻擊性。

但願我今天早上吃了早餐......

一點也不痛。

好，我要拿採血管取一滴血——

現在這滴血就是答案，

這就是我為何對此感興趣的原因，

它能顯示我現在有沒有得瘧疾。

我拿了個採血管，

你們能看到開始出血了。

我要再多擠一點血出來，

這樣就夠了。

現在要把採血管放進黏土裡密封，

然後現在它是一個密封好的樣本了，

我現在要把它固定在紙離心機上。

用一片小膠帶把它黏上去，

現在樣本已經完全附著好了，

我們準備好開始轉了。

我要拉扯一下這個東西，

先把它轉幾下……

你能看到它已經開始旋轉了。

這和一般的離心機不同，

這是一個會來回旋轉的離心機，

它會往前轉然後往後轉，
往前轉然後往後轉...

我正在給它更多的動力，

你能看到它越來越快了。

現在——我不知道你們
能不能聽到這個聲音——

保持這樣 30 秒，

我應該就能把血細胞和
血漿分離開，

並且知道血細胞和血漿的比例——

（觀眾鼓掌）

已經好了，如果你看這裡，

注意看這個地方，

你可以看到
血細胞和血漿各別的容量，

這個比例能讓我知道我是否貧血。

我們造了很多類型的紙離心機，

這一種讓我們能夠識別瘧疾寄生蟲，

讓它轉得更久一點，

我們就能看到血液裡的
瘧疾寄生蟲了，

這樣的分離和檢測就是
一般的離心機能做的。

另一個版本的紙離心機
能讓我們分離出核酸，

能在野外做核酸測試。

這個版本可以批量分離大量樣本。

然後呢，最後，

我們在研究的新產品，

能在這樣的東西上施行多種測試，

能在同一個物體上準備樣品，
並進行化學反應。

那麼……

這些聽起來都很好，

但如果你認真地想想，

當你想把這些工具分享給別人......

我們的行動之一是——
我們剛從馬達加斯加回來；

瘧疾的臨床診斷看起來是這樣的——

（觀眾笑）

你可以邊喝咖啡邊做這個。

但最重要的是，

這個村子離最近的公路要六小時。

我們和一名當地的長者，

還有一名醫療工作者在房間裡。

這是工作中最讓我興奮的時刻——

就是使用者的微笑，

能和世界上所有的人
分享簡單而強大的工具。

現在，我忘了告訴各位，

做這個東西只花了我 20 美分。

好，在剩下不多的時間裡，

我來給各位談談

（觀眾笑）

我們實驗室裡最新的發明。

它叫「嗡嗡」(Abuzz) ──

我們的想法是，
讓所有人都能幫忙對抗蚊子，

你們都能幫忙追蹤我們的敵人。

蚊子之所以是敵人，是因為牠們傳播
瘧疾、茲卡病、屈公病和登革熱。

困難在於，我們
其實不知道敵人到底在哪，

蚊子的世界分佈圖還沒有人做出來。

所以我們開始思考這件事，

世界上有 3500 種蚊子，

牠們都非常相似。

有得甚至相似到連昆蟲學家
在顯微鏡下也區分不出來。

但牠們有一個致命弱點。

這是蚊子相互調情的場面，

那隻雄蚊正在追求雌蚊。

牠們利用翅膀震動的頻率對話，

（嗡嗡聲）

也就是說，牠們使用一種特定信號。

我們發現透過一隻普通的手機，

一隻價值 5-10 美金的
翻蓋式手機——

有多少人還記得這是什麼？

（觀眾笑）

我們可以把蚊子的
音頻信號錄製下來，

我來告訴各位確切要怎麼做。

我在室外抓到一些蚊子，

不像比爾蓋茨，我沒打算放生牠們。

（觀眾笑）

但我會告訴你們怎麼樣錄音，

你只需要敲幾下，
牠們就會飛起來，

先測試一下，看能不能用耳朵聽到，

然後你拿起手機，上面有麥克風，

普通手機的麥克風就相當好用，

你可以捕捉到近音場的音頻。

因為時間不夠用了，

允許我直接播放前一天做的錄音。

（蚊子嗡嗡聲）

這就是大家都聽過的迷人聲音，

人人都喜歡。

能用一隻普通的手機
這麼做的意義在於，

我們可以做出蚊子種類的分佈圖。

通過翻蓋式手機，

我們可以繪製出一個
大型的音頻數據庫，

裡面包括了 20-25 種會攜帶
人類病原體的蚊子。

透過上傳更新的音頻數據，

加上機器學習，

我們就能判斷

你抓到的蚊子種類可能性。

我們管這個叫「嗡嗡」，
如果有人願意參與的話，

只要去看我們的網站就行。

請允許我以自己內心很看重的事
來結束今天的演講，

當今世界我們面臨很多可怕的問題，

世界上有十億人沒有任何衛生保健，

氣候變化，生物多樣性流失，

還有很多很多，

而我們希望科學能提供解決方案。

今天，在你離開會場之前，

我希望你們能答應一件事，

我們要讓科學更便利，

不僅是只有支付得起的人可用，

更要讓十億沒有經濟能力的人所用。

讓科學的應用及知識的取得
成為一種人權，

當你把「發現」的動人時刻
傳遞給另一個孩子的時候，

你很有可能讓他們成為
下一代真正解決這些問題的人。

謝謝大家。

（觀眾鼓掌）