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TEDGlobal 2012

Manu Prakash: A 50-cent microscope that folds like origami

マヌ・プラカシュ: 紙を折るだけ―50セントでできる「折り紙顕微鏡」

June 26, 2012

紙の切り抜き人形を作ったり、折り鶴を折ったりしたことはあると思いますが、TEDフェローのマヌ・プラカシュが研究室の学生と作ったのは、なんと紙を折って簡単に組み立てられる顕微鏡です。この溌剌としたデモが示しているのは、この発明が開発途上国の保健医療をいかに抜本的に改革しうるかということ、さらには、たいていのものは楽しい科学実験に変えられるということです。

Manu Prakash - Physicist, inventor
Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health. Full bio

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Double-click the English subtitles below to play the video.
The year is 1800.
1800年のことです
00:12
A curious little invention is being talked about.
好奇心をそそる発明が生まれ
人々の話題になります
00:14
It's called a microscope.
「顕微鏡」です
00:17
What it allows you to do
顕微鏡によって
00:21
is see tiny little lifeforms
肉眼では見えない
微生物の姿が
00:22
that are invisible to the naked eye.
見られるように
なりました
00:25
Soon comes the medical discovery
これは 医学上の発見にも
つながりました
00:27
that many of these lifeforms are actually causes
こうした微生物の多くが
人々にひどい病をもたらす―
00:29
of terrible human diseases.
原因だと
分かったのです
00:33
Imagine what happened to the society
この発見に
社会がどう反応したか
00:35
when they realized
想像してみてください
00:38
that an English mom in her teacup
英国夫人がティーカップで
口にしていたのは
00:40
actually was drinking a monster soup,
とんでもないモンスター入りの
スープだったのです
00:42
not very far from here. This is from London.
これは ここから遠くない
ロンドンでのことです
00:45
Fast forward 200 years.
それから 200年後
00:49
We still have this monster soup around,
まだ このモンスタースープはあり
00:51
and it's taken hold in the developing countries
熱帯の開発途上国を
00:54
around the tropical belt.
席巻しています
00:56
Just for malaria itself,
マラリアだけを見ても
00:59
there are a million deaths a year,
毎年 何百万もの人が命を失い
01:01
and more than a billion people
十億という人が
01:04
that need to be tested because they are at risk
検査を必要としています
マラリア感染には
01:06
for different species of malarial infections.
さまざまな種類が
あるからです
01:08
Now it's actually very simple to put a face
実は こうしたモンスターの
正体を調べるのは
01:11
to many of these monsters.
とても簡単なことです
01:14
You take a stain, like acridine orange
まず染色をします
アクリジン・オレンジ染色や
01:16
or a fluorescent stain or Giemsa,
蛍光染色 ギムザ染色などを
使います
01:19
and a microscope, and you look at them.
そして顕微鏡で
のぞいて見ます
01:21
They all have faces.
そうすれば
何か分かります
01:24
Why is that so, that Alex in Kenya,
では なぜ―
ケニヤのアレックスや
01:26
Fatima in Bangladesh, Navjoot in Mumbai,
バングラデシュのファティマ
ムンバイのナヴジュート
01:29
and Julie and Mary in Uganda still wait months
ウガンダのジュリーとマリーは
何ヶ月も待たなければ
01:32
to be able to diagnose why they are sick?
病気の原因を
診断してもらえないんでしょう?
01:36
And that's primarily because scalability
それは主に
現在の診断法は
01:39
of the diagnostics is completely out of reach.
そこまで行き渡らせることが
できないからです
01:42
And remember that number: one billion.
思い出してください
十億人です
01:45
The problem lies with the microscope itself.
問題は
顕微鏡にあります
01:49
Even though the pinnacle of modern science,
近代科学の
頂点でありながら
01:53
research microscopes are
not designed for field testing.
研究用顕微鏡は
現場向けに設計されたのでも
01:55
Neither were they first designed
病気の診断用に
01:59
for diagnostics at all.
設計されたのでもありません
02:00
They are heavy, bulky, really hard to maintain,
ですから 顕微鏡というのは
重くて嵩張り 手入れも大変で
02:02
and cost a lot of money.
値段もとても高く
なっています
02:06
This picture is Mahatma Gandhi in the '40s
こちらは 40年代に撮られた
マハトマ・ガンディーです
02:08
using the exact same setup
that we actually use today
私たちが現在使用しているのと
全く同じ顕微鏡を使って
02:12
for diagnosing T.B. in his ashram
結核の検査を
しているところで
02:15
in Sevagram in India.
インドのセバグラムの
僧院でのことです
02:17
Two of my students, Jim and James,
私の教え子の
ジムとジェームズは
02:20
traveled around India and Thailand,
インドやタイに
足を運んでから
02:23
starting to think about this problem a lot.
この問題について
深く考えるようになりました
02:26
We saw all kinds of donated equipment.
そこには寄付された
様々な機材がありましたが
02:28
We saw fungus growing on microscope lenses.
顕微鏡レンズには
カビが生えていました
02:30
And we saw people who had a functional microscope
使える顕微鏡が
あっても
02:33
but just didn't know how to even turn it on.
スイッチの入れ方さえ知らない
有様だったのです
02:35
What grew out of that work and that trip
この研究や訪問から
生まれたのが
02:38
was actually the idea of what we call Foldscopes.
「折り紙顕微鏡(Foldscope)」
というアイデアです
02:41
So what is a Foldscope?
折り紙顕微鏡とは
何でしょう?
02:45
A Foldscope is a completely functional microscope,
折り紙顕微鏡は
とても実用的な顕微鏡で
02:47
a platform for fluorescence, bright-field,
蛍光、明視野、偏光
02:50
polarization, projection,
投影顕微鏡など
02:53
all kinds of advanced microscopy
検査で必要になる
顕微鏡を
02:55
built purely by folding paper.
紙を折るだけで作れるようにしよう
というものです
02:57
So, now you think, how is that possible?
そんなこと可能なのか
とお思いでしょうか?
03:01
I'm going to show you some examples here,
では 実際に
ご覧いただきましょう
03:03
and we will run through some of them.
通して見ていただきます
03:05
It starts with a single sheet of paper.
はじめは1枚の
紙になっています
03:07
What you see here is all the possible components
ここには
実用性を備えた―
03:11
to build a functional bright-field
and fluorescence microscope.
明視野の蛍光顕微鏡に
必要な部品がそろっています
03:14
So, there are three stages:
3つの部分から
なっています
03:19
There is the optical stage, the illumination stage
光学的部分
照明部分
03:21
and the mask-holding stage.
それから
機械的部分です
03:23
And there are micro optics at the bottom
一番下には
マイクロ光学レンズが
03:26
that's actually embedded in the paper itself.
紙自体に
埋め込まれています
03:28
What you do is, you take it on,
どうするかというと
まず手に取り
03:31
and just like you are playing like a toy,
おもちゃで
遊ぶような感じで
03:33
which it is,
実際そうですからね
03:36
I tab it off,
切り抜いて
03:40
and I break it off.
離します
03:46
This paper has no instructions and no languages.
この紙には何の言葉も
説明も書かれていません
03:49
There is a code, a color code embedded,
色で印が
つけられていますので
03:51
that tells you exactly how to
fold that specific microscope.
それに従って折り進めれば
顕微鏡を作ることができます
03:54
When it's done, it looks something like this,
完成すると
こんな感じになります
03:58
has all the functionalities of a standard microscope,
標準的な顕微鏡にある
すべての機能を備えています
04:01
just like an XY stage,
XYステージもそうです
04:04
a place where a sample slide could go,
試料のスライドを
載せるところで
04:05
for example right here.
ちょうどここです
04:10
We didn't want to change this,
ここは変えたく
なかったんです
04:12
because this is the standard
というのも
これが標準として
04:14
that's been optimized for over the years,
長年 使われてきていて
04:15
and many health workers are actually used to this.
医療関係者の多くは
これに慣れているからです
04:17
So this is what changes,
こちらは
変えましたが
04:20
but the standard stains all remain the same
標準的な染色法は
そのまま
04:21
for many different diseases.
様々な病気診断に
使うのです
04:23
You pop this in.
これを
差し込みます
04:25
There is an XY stage,
XYステージも
ありますし
04:28
and then there is a focusing stage,
焦点を合わせることも
できます
04:32
which is a flexure mechanism
たわんだ構造が
04:34
that's built in paper itself that allows us to move
紙に組み込まれており
これによって
04:36
and focus the lenses by micron steps.
レンズを動かし ミクロン単位で
焦点を調整できるのです
04:38
So what's really interesting about this object,
この顕微鏡の
面白いところは―
04:41
and my students hate when I do this,
これをすると
学生は嫌うんですが
04:44
but I'm going to do this anyway,
やってしまいます―
04:45
is these are rugged devices.
面白いのは
頑丈さです
04:47
I can turn it on and throw it on the floor
スイッチを入れたまま
床に落として
04:49
and really try to stomp on it.
思いっきり
踏みつけても
04:54
And they last, even though they're designed
大丈夫です
これは―
04:57
from a very flexible material, like paper.
紙のような 柔軟性が非常に高い
素材でできていますから
04:59
Another fun fact is, this is what we actually
もう一つ面白いことがあります
05:03
send out there as a standard diagnostic tool,
これが診断機材として実際に
送られているものですが
05:05
but here in this envelope
この封筒には
様々な構成の―
05:09
I have 30 different foldscopes
折り紙顕微鏡
30種類が入っています
05:11
of different configurations all in a single folder.
1つのファイルに
すべて入っています
05:14
And I'm going to pick one randomly.
適当に
1つ選びましょう
05:19
This one, it turns out, is actually designed
こちらは―
05:21
specifically for malaria,
マラリア診断専用です
05:23
because it has the fluorescent filters built
マラリア診断用の
特殊な蛍光フィルターが
05:25
specifically for diagnosing malaria.
埋め込まれているんです
05:27
So the idea of very specific diagnostic microscopes
ここから 特定の病気専用の
顕微鏡を
05:29
comes out of this.
作るという
アイデアが生まれたんです
05:33
So up till now, you didn't actually see
ここまで
こうしたもので
05:35
what I would see from one of these setups.
何が見えるのか まだ
ご覧いただいていませんね
05:38
So what I would like to do is,
ですから―
05:41
if we could dim the lights, please,
照明を少し
落としていただけば
05:42
it turns out foldscopes are
also projection microscopes.
この折り紙顕微鏡には
投影機能もあることが分かります
05:44
I have these two microscopes that I'm going to turn --
この2つの
顕微鏡で
05:48
go to the back of the wall --
後ろの壁に
映してみます
05:50
and just project, and this way you will see
投影すると
ご覧のとおり
05:52
exactly what I would see.
顕微鏡をのぞいたままが
映し出されます
05:54
What you're looking at --
ご覧いただいているのは―
05:56
(Applause) —
(拍手)
05:58
This is a cross-section of a compound eye,
こちらは
複眼の断面です
06:00
and when I'm going to zoom in closer, right there,
ズームしてみますと
そこには―
06:03
I am going through the z-axis.
Z軸で調整します
06:05
You actually see how the lenses are cut together
複眼のレンズが
どう組み合わされているか
06:07
in the cross-section pattern.
断面の模様から
見て取れますね
06:10
Another example, one of my favorite insects,
もう一つの例です
お気に入りの虫です
06:12
I love to hate this one,
これを嫌うのが
大好きなんですが
06:14
is a mosquito,
蚊です
06:16
and you're seeing the antenna of a culex pipiens.
家蚊(イエカ)の触角が
見えます
06:18
Right there.
ここです
06:22
All from the simple setup that I actually described.
ご説明した簡単なもので
ここまで できるんです
06:25
So my wife has been field testing
妻も この顕微鏡の
06:30
some of our microscopes
実地テストを
してくれていて
06:31
by washing my clothes whenever I forget them
私がポケットに入れっぱなしにした
顕微鏡を
06:33
in the dryer.
服と一緒に
洗濯機にかけてくれました
06:36
So it turns out they're waterproof, and --
それで水にも耐えられることが
わかりました
06:38
(Laughter) —
(笑)
06:41
right here is just fluorescent water,
蛍光水に
入れてみます
06:42
and I don't know if you can actually see this.
見えるかどうか
分かりませんが
06:45
This also shows you how
the projection scope works.
投影顕微鏡の
仕組みが分かります
06:46
You get to see the beam the
way it's projected and bent.
光線が投影され
屈折していますね
06:49
Can we get the lights back on again?
照明を
戻してください
06:56
So I'm quickly going to show you,
時間も
押していますので
06:58
since I'm running out of time,
駆け足でご紹介します
07:00
in terms of how much it costs for us to manufacture,
生産コストの点で
一番大きなポイントは
07:02
the biggest idea was roll-to-roll manufacturing,
ロール・ツー・ロール方式で
作るということでした
07:05
so we built this out of 50 cents of parts and costs.
その結果 この顕微鏡を
50セントで作れました
07:08
(Applause)
(拍手)
07:11
And what this allows us to do
これによって
顕微鏡検査に
07:14
is to think about a new paradigm in microscopy,
新しいパラダイムを
もたらすことができます
07:16
which we call use-and-throw microscopy.
「使い捨て式 顕微鏡検査」です
07:18
I'm going to give you a quick snapshot
簡単に この顕微鏡が
どんな構造に
07:20
of some of the parts that go in.
なっているのか
ご紹介します
07:22
Here is a sheet of paper.
まず1枚の紙です
07:24
This is when we were thinking about the idea.
私たちは こんな風に
考えていたんです
07:26
This is an A4 sheet of paper.
A4サイズの紙で
07:28
These are the three stages that you actually see.
3つの部分が
ありますね
07:29
And the optical components, if you
look at the inset up on the right,
そして光学部品
右上の はめ込み部分ですが
07:31
we had to figure out a way to manufacture lenses
このレンズをどうやって
非常に高い生産性で
07:34
in paper itself at really high throughputs,
紙に埋め込むかを
考えないといけませんでした
07:37
so it uses a process of self-assembly
それで自己組織化過程と
07:39
and surface tension
表面張力を使い
07:41
to build achromatic lenses in the paper itself.
紙にアクロマート・レンズを
埋め込むことにしました
07:42
So that's where the lenses go.
そこにレンズがあり
07:46
There are some light sources.
こちらに光源があります
07:47
And essentially, in the end,
そして
最後には
07:49
all the parts line up because of origami,
折り紙の原理によって
全ての部品がきれいに並びます
07:50
because of the fact that origami allows us
折り紙をすることで
ミクロン単位の
07:53
micron-scale precision of optical alignment.
正確さで光学調整が
できるのです
07:57
So even though this looks like a simple toy,
シンプルなおもちゃに
見えるかもしれませんが
08:00
the aspects of engineering that go in
その背後にある
工業技術は
08:02
something like this are fairly sophisticated.
本当に
精巧なものです
08:04
So here is another obvious thing that we would do,
もう一つ
私たちがするのは―
08:07
typically, if I was going to show
この顕微鏡が
頑丈というのを
08:10
that these microscopes are robust,
示すために
よくすることですが―
08:12
is go to the third floor and
drop it from the floor itself.
3階から
下に顕微鏡を落とすことです
08:13
There it is, and it survives.
ご覧のとおり
無事でしたね
08:17
So for us, the next step actually
ですから
私たちが次に目指しているのは
08:20
is really finishing our field trials.
実地試験を
仕上げることです
08:22
We are starting at the end of the summer.
この夏の終わりから
始めるつもりですが
08:24
We are at a stage where we'll be
making thousands of microscopes.
顕微鏡を千個単位で
量産します
08:26
That would be the first time where we would be
これほどまでに
たくさんの顕微鏡を
08:29
doing field trials with the highest density
一つの場所で
使って実地試験をするのは
08:31
of microscopes ever at a given place.
初めてのことになります
08:34
We've started collecting data for malaria,
マラリアやシャーガス病
08:36
Chagas disease and giardia from patients themselves.
ランブル鞭毛虫症の患者さんに
自らデータを送ってもらっています
08:38
And I want to leave you with this picture.
最後に この写真を
お見せしたいと思います
08:42
I had not anticipated this before,
私自身 思いも
よらなかったことですが
08:44
but a really interesting link
実践的な科学教育と
08:46
between hands-on science education
世界的な健康問題は
08:48
and global health.
つながっています
08:50
What are the tools that we're actually providing
私たちは 子どもたちに
何を残せるでしょう?
08:51
the kids who are going to fight
子どもたちは 明日のため
モンスタースープと
08:54
this monster soup for tomorrow?
戦っていかなければ
いけないのです
08:56
I would love for them to be able to just print out
子どもたちには
顕微鏡を印刷して ポケットに入れ
08:58
a Foldscope and carry them around in their pockets.
持ち歩いてほしい
そう願っています
09:00
Thank you.
ありがとうございました
09:02
(Applause)
(拍手)
09:05
Translator:Yuko Yoshida
Reviewer:Yasushi Aoki

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Manu Prakash - Physicist, inventor
Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health.

Why you should listen

An assistant professor of bioengineering at Stanford University, Manu Prakash is a physicist working at the molecular scale to try and understand no less than how the world really works. As he told BusinessWeek in 2010, he is humbled and inspired by nature’s own solutions to the world's biggest problems. "I build and design tools to uncover how and why biological systems so often outsmart us. 

I believe one day we will be able to understand the physical design principles of life on Earth, leading to a new way to look at the world we live in."

Born in Meerut, India, Prakash earned a BTech in computer science and engineering from the Indian Institute of Technology in Kanpur before moving to the United States. He did his master’s and PhD in applied physics at MIT before founding the Prakash Lab at Stanford.

Prakash's ultra-low-cost, "print-and-fold" paper microscope won a $100,000 grant from the Gates Foundaton in 2012.

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