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TED@IBM

George Tulevski: The next step in nanotechnology

ジョージ・ トレウスキ: ナノテクノロジーの次の一歩

November 15, 2016

毎年コンピューターのシリコンチップは小さく、パワーは2倍になり、機器の可動性とアクセスが改善されていきます。しかしこれ以上チップを小さくすることができなくなったら何が起きるでしょうか? ジョージ・ トレウスキ は見たこともないような前人未到のナノマテリアルの世界を研究しています。 現在の研究は、自然の生命体が複雑で多様そしてエレガントな構造を構築するのと同じ方法を用いて、何十億ものカーボンナノチューブを回路の構築に必要なパターンを描く化学プロセスを開発することです。次世代コンピューティングの切り札となりえるでしょうか?

George Tulevski - Materials scientist
IBM's George Tulevski wants to use carbon nanotubes to revolutionize microchip design. Full bio

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Double-click the English subtitles below to play the video.
Let's imagine a sculptor
building a statue,
彫刻家がのみだけを使って
00:12
just chipping away with his chisel.
彫像を彫っていくのを
想像してみましょう
00:15
Michelangelo had this elegant way
of describing it when he said,
ミケランジェロは
こんなエレガントな例えをしています
00:18
"Every block of stone
has a statue inside of it,
「どんな石にもその内側に
彫像があって
00:21
and it's the task
of the sculptor to discover it."
彫刻家の使命とは
それを発見することだ」
00:24
But what if he worked
in the opposite direction?
でも 彼が反対方向から
作業したらどうでしょうか?
00:27
Not from a solid block of stone,
石の塊からではなくて
00:29
but from a pile of dust,
埃の山を使って
00:31
somehow gluing millions of these particles
together to form a statue.
この何百万もの粒子を固めて
彫像を作ったとしたらどうでしょうか
00:33
I know that's an absurd notion.
ばかげているということは
分かっています
00:37
It's probably impossible.
恐らく不可能でしょう
00:39
The only way you get
a statue from a pile of dust
埃の山から彫像を作るだなんて
00:41
is if the statue built itself --
もし彫像が自ら―
00:43
if somehow we could compel millions
of these particles to come together
何とか何百万もの粒子を集めて
00:46
to form the statue.
彫像を作らせるだなんて
00:50
Now, as odd as that sounds,
奇妙に聞こえるでしょうが
00:52
that is almost exactly the problem
I work on in my lab.
これこそが私の研究室で
手掛けている問題なんです
00:53
I don't build with stone,
私は石ではなくて
00:58
I build with nanomaterials.
ナノマテリアルで作成します
00:59
They're these just impossibly small,
fascinating little objects.
これはあり得ないほど小さく
素晴らしい小さな物質です
01:00
They're so small that if this controller
was a nanoparticle,
このコントローラーが
ナノ粒子だとすると
01:05
a human hair would be the size
of this entire room.
ヒト髪の毛はこの部屋全体位の
大きさになります
01:08
And they're at the heart of a field
we call nanotechnology,
そして これはナノテクノロジーと呼ばれる
分野の中心であり
01:11
which I'm sure we've all heard about,
皆さん聞いたことがあると思います
01:14
and we've all heard
how it is going to change everything.
すべてに変化をもたらすということも
聞いたことがあるでしょう
01:16
When I was a graduate student,
私が大学院生だった頃は
01:19
it was one of the most exciting times
to be working in nanotechnology.
ナノテクノロジー研究には
最もエキサイティングな時代でした
01:21
There were scientific breakthroughs
happening all the time.
科学的なブレークスルーが
常に起こっていました
01:24
The conferences were buzzing,
会議は熱気に満ち
01:27
there was tons of money
pouring in from funding agencies.
ファンド会社から
資金がつぎ込まれました
01:29
And the reason is
その理由は
01:32
when objects get really small,
物体が非常に小さい場合
01:34
they're governed by a different set
of physics that govern ordinary objects,
私たちが目にするような
通常の物体を司る物理とは
01:35
like the ones we interact with.
まったく異なる物理が働くからです
01:39
We call this physics quantum mechanics.
この物理学を量子力学と呼んでいます
01:41
And what it tells you is
that you can precisely tune their behavior
このことは例えば
いくつかの原子の追加や除去
01:43
just by making seemingly
small changes to them,
物質をひねるといった
比較的些細な変更で
01:46
like adding or removing
a handful of atoms,
これらの振る舞いをきっちりと
01:48
or twisting the material.
調整できるわけです
01:51
It's like this ultimate toolkit.
いわば 究極のツールキットなんです
01:52
You really felt empowered;
you felt like you could make anything.
本当に力を感じ
何でもできるような気がしました
01:54
And we were doing it --
私たちが行っていたことは―
01:57
and by we I mean my whole
generation of graduate students.
私たちとは
同世代の大学院生全員のことですが
01:59
We were trying to make blazing fast
computers using nanomaterials.
ナノマテリアルで超高速の
コンピューターを作ろうとしていたのです
02:02
We were constructing quantum dots
私たちは量子ドットを構築して
02:05
that could one day go in your body
and find and fight disease.
いつの日か 体内で
病気と闘うことや
02:07
There were even groups
trying to make an elevator to space
宇宙に向かうエレベーターを
カーボンナノチューブで
02:10
using carbon nanotubes.
作ろうとしたグループもいました
02:13
You can look that up, that's true.
探してみてください 本当ですよ
02:15
Anyways, we thought it was going to affect
私たちはコンピューティングから
医学に至るまで
02:18
all parts of science and technology,
from computing to medicine.
科学や技術のあらゆる分野に影響を
与えるだろうと考えていました
02:20
And I have to admit,
ここで 認めなくてはなりませんが
02:23
I drank all of the Kool-Aid.
私は何でも鵜呑みにしていました
02:25
I mean, every last drop.
何もかもです
02:27
But that was 15 years ago,
しかし それは15年前のことで
02:30
and --
そして
02:33
fantastic science was done,
really important work.
本当に素晴らしい科学の研究が
なされました
02:34
We've learned a lot.
私たちは多くのことを学びました
02:36
We were never able to translate
that science into new technologies --
この科学を新たな技術へと
転換すること―
02:38
into technologies
that could actually impact people.
本当に人にインパクトを与えるような
技術にはできなかったのです
02:42
And the reason is, these nanomaterials --
その理由は
これらのナノマテリアルが―
02:45
they're like a double-edged sword.
両刃の剣のような物だからです
02:47
The same thing that makes
them so interesting --
ナノマテリアルはその大きさにより
02:49
their small size --
興味深い一方で
02:51
also makes them impossible to work with.
その大きさが作業を行うことを
拒んでいたのです
02:52
It's literally like trying to build
a statue out of a pile of dust.
文字どおり埃の山で
彫像を作成するようなものでした
02:55
And we just don't have the tools
that are small enough to work with them.
そして その作業を行うことが可能な
大きさのツールがありませんでした
02:58
But even if we did,
it wouldn't really matter,
もしあったとしても
さして変わらなかったでしょう
03:02
because we couldn't one by one
place millions of particles together
何百万もの粒子ひとつひとつを
組み立てるという
03:04
to build a technology.
技術を構築できなかったからです
03:08
So because of that,
そのため
03:10
all of the promise
and all of the excitement
どの約束や期待も
03:12
has remained just that:
promise and excitement.
果たされない約束や期待でしか
ありませんでした
03:14
We don't have any
disease-fighting nanobots,
病気と闘うナノボットは存在せず
03:16
there's no elevators to space,
宇宙エレベーターも存在せず
03:19
and the thing that I'm most interested in,
no new types of computing.
私が最も関心を寄せていた
新種のコンピューティングもありません
03:21
Now that last one,
that's a really important one.
最後にこれが一番大切なことですが
03:25
We just have come to expect
私たちはコンピューティングの発展が
03:27
the pace of computing advancements
to go on indefinitely.
永遠に続くと期待するようになるのです
03:29
We've built entire economies on this idea.
経済はすべてこの考え方に
基づいていて
03:32
And this pace exists
このペースが存在しています
03:35
because of our ability
to pack more and more devices
それは コンピューターチップに
より多くの機器を詰め込む
03:37
onto a computer chip.
能力があるからです
03:39
And as those devices get smaller,
機器が小さくなっていくにつれて
03:41
they get faster, they consume less power
より速く より省電力になり
03:43
and they get cheaper.
価格が下がっていきます
03:45
And it's this convergence
that gives us this incredible pace.
そしてこの収束により
素晴らしいペースが得られます
03:46
As an example:
一例として挙げると
03:51
if I took the room-sized computer
that sent three men to the moon and back
3人の宇宙飛行士を月面に送った
部屋程度の大きさのコンピューターの場合
03:52
and somehow compressed it --
それを何とか圧縮して―
03:58
compressed the world's
greatest computer of its day,
当時最高だったコンピューターを
圧縮して
04:00
so it was the same size
as your smartphone --
スマホと同じぐらいの
大きさにしたとすると―
04:03
your actual smartphone,
そうです あのスマホです
04:06
that thing you spent 300 bucks on
and just toss out every two years,
300ドル払って2年ごとに
捨ててしまう物のことです
04:07
would blow this thing away.
こちらの方が優れています
04:10
You would not be impressed.
驚きもしないことでしょうね
04:13
It couldn't do anything
that your smartphone does.
スマホでは可能なことも
これではムリだったんです
04:14
It would be slow,
速度は遅いし
04:17
you couldn't put any of your stuff on it,
大したことは何もできません
04:18
you could possibly
get through the first two minutes
「ウォーキング・デッド」の最初の2分間を
04:21
of a "Walking Dead" episode
if you're lucky --
乗り越えるのも難しいと思います
もしあなたにツキがあれば―
04:23
(Laughter)
(笑)
04:25
The point is the progress --
it's not gradual.
ここでのポイントは進歩です―
徐々に進むものではなく
04:26
The progress is relentless.
進歩は容赦ないのです
04:28
It's exponential.
指数関数的です
04:30
It compounds on itself year after year,
毎年それ自身に積み重なっていき
04:31
to the point where
if you compare a technology
ある技術を次世代の技術と比べると
04:34
from one generation to the next,
同じ技術だと識別できないぐらい
04:36
they're almost unrecognizable.
進んでしまうのです
04:38
And we owe it to ourselves
to keep this progress going.
私たちはこのペースの維持に拠っているのです
04:40
We want to say the same thing
10, 20, 30 years from now:
これと同じことが今後
10、20、30年にも言えます
04:42
look what we've done
over the last 30 years.
この30年で実現したことを見てみましょう
04:46
Yet we know this progress
may not last forever.
しかし この進歩は
永遠に続くわけではないでしょう
04:49
In fact, the party's kind of winding down.
いつかパーティはお開きになります
04:51
It's like "last call for alcohol," right?
「飲物のラストオーダーです」という
感じですね
04:54
If you look under the covers,
速度や性能などの多くの指標で
04:56
by many metrics
like speed and performance,
見てみると
04:58
the progress has already slowed to a halt.
既に進歩はほとんど停止しています
05:00
So if we want to keep this party going,
このパーティを続けていこうと思うなら
05:03
we have to do what we've
always been able to do,
自分たちでできる事をしなくてはなりません
05:05
and that is to innovate.
つまり革新していくことです
05:08
So our group's role
and our group's mission
私たちのグループの役割と使命は
05:09
is to innovate
by employing carbon nanotubes,
カーボンナノチューブを使って
革新していくことです
05:12
because we think that they can
provide a path to continue this pace.
そうすればこのペースを
維持できると考えられるからです
05:14
They are just like they sound.
その名の通りのものです
05:18
They're tiny, hollow tubes
of carbon atoms,
小さくて穴のあいた
炭素原子のチューブです
05:20
and their nanoscale size,
that small size,
このナノスケールサイズという
大きさが
05:22
gives rise to these
just outstanding electronic properties.
素晴らしい電子状態を生み出します
05:25
And the science tells us
if we could employ them in computing,
もしコンピューティングに
これを導入できれば
05:29
we could see up to a ten times
improvement in performance.
性能が最大10倍に上昇します
05:33
It's like skipping through several
technology generations in just one step.
たった一歩で数世代分の技術を
飛び越えるようなものです
05:35
So there we have it.
私たちにはそれがあります
05:40
We have this really important problem
非常に重要な問題があり
05:42
and we have what is basically
the ideal solution.
基本的に理想的な解決策です
05:44
The science is screaming at us,
科学が私たちに向かって
声を張り上げています
05:46
"This is what you should be doing
to solve your problem."
「自分で問題を解決するんだ」
05:48
So, all right, let's get started,
さあ 始めましょう
05:53
let's do this.
実行しましょう
05:55
But you just run right back
into that double-edged sword.
しかし ここで両刃の剣が再登場してきます
05:56
This "ideal solution" contains a material
that's impossible to work with.
この「理想的な解決策」は
作業不可能な物質を含んでいます
05:59
I'd have to arrange billions of them
just to make one single computer chip.
コンピュータチップ1つを作るには
何十億ものマテリアルを並べます
06:02
It's that same conundrum,
it's like this undying problem.
またもや同じ謎です
ここでもあの問題にぶつかるのです
06:07
At this point, we said, "Let's just stop.
「ここで止まるんだ
06:11
Let's not go down that same road.
同じ道に進んではいけない
06:13
Let's just figure out what's missing.
何が欠けているのかを考えるんだ
06:15
What are we not dealing with?
私たちは何をしていないのか
06:17
What are we not doing
that needs to be done?"
必要なのことは何だろう?」と問うのです
06:19
It's like in "The Godfather," right?
これは「ゴッドファーザー」みたいですよね
06:21
When Fredo betrays his brother Michael,
兄のフレドがマイケルを裏切った時
06:23
we all know what needs to be done.
なすべきことは誰もが
分かっていました
06:25
Fredo's got to go.
フレドを亡き者にするのです
06:27
(Laughter)
(笑)
06:28
But Michael -- he puts it off.
しかし マイケルはそうはせず
06:29
Fine, I get it.
分かったとだけ言いましたね
06:31
Their mother's still alive,
it would make her upset.
母親はまだ生きているのですから
大ごとになります
06:32
We just said,
私たちは言いました
06:35
"What's the Fredo in our problem?"
「私たちの問題のフレドとは何だ?」
06:36
What are we not dealing with?
対処していないことは何だろう?
06:39
What are we not doing,
何が足りないんだろう
06:40
but needs to be done
to make this a success?"
成功させるのに
必要なこととは何だろう?」
06:42
And the answer is
that the statue has to build itself.
彫像が自ら構築を
行わなければならないのです
06:45
We have to find a way, somehow,
私たちは何十億もの粒子が
06:49
to compel, to convince
billions of these particles
自分自身で技術を組み立てる方法を
06:51
to assemble themselves
into the technology.
何とか見つけなければなりません
06:55
We can't do it for them.
They have to do it for themselves.
私たちにはできないので
自分たちで行うようにするのです
06:58
And it's the hard way,
and this is not trivial,
非常に難しく
些細なことではありませんが
07:01
but in this case, it's the only way.
この場合 それが唯一の方法でした
07:04
Now, as it turns out,
this is not that alien of a problem.
今分かったことは
これは何も特殊な問題ではないことです
07:07
We just don't build anything this way.
私たちはこんな方法で何かを
組み立てたりはしません
07:11
People don't build anything this way.
誰もこんな方法で組み立てたりは
しないのです
07:13
But if you look around --
and there's examples everywhere --
でも 見回してみると―
至るところにお手本がありました
07:15
Mother Nature builds everything this way.
母なる自然が選んだ方法です
07:18
Everything is built from the bottom up.
どんな物でも下流から作られていきます
07:21
You can go to the beach,
浜辺へ行けば
07:24
you'll find these simple organisms
that use proteins --
シンプルな生命体が
タンパク質を使って
07:25
basically molecules --
基本的に分子です―
07:28
to template what is essentially sand,
本質的には砂であるものを
テンプレートとして
07:30
just plucking it from the sea
海からそれをくみ上げることで
07:32
and building these extraordinary
architectures with extreme diversity.
実に多様な構造を構築しています
07:33
And nature's not crude like us,
just hacking away.
自然は私たちのように荒削りではなく
便利に利用するのです
07:36
She's elegant and smart,
自然はエレガントで
スマートです
07:39
building with what's available,
molecule by molecule,
手に入るもので
分子をひとつずつ組み立てて
07:41
making structures with a complexity
複雑さと多様性のある
07:44
and a diversity
that we can't even approach.
構造を作り上げるのです
07:46
And she's already at the nano.
自然は既にナノの世界でした
07:49
She's been there
for hundreds of millions of years.
何億年も前から存在していました
07:51
We're the ones that are late to the party.
パーティに乗り遅れていたのは
私たちだったのです
07:53
So we decided that we're going
to use the same tool that nature uses,
私たちも自然と同じツールを
使うことに決めました
07:56
and that's chemistry.
それが化学だったのです
08:00
Chemistry is the missing tool.
化学こそが失われた
ツールでした
08:02
And chemistry works in this case
このケースでは化学がうまく作用しました
08:03
because these nanoscale objects
are about the same size as molecules,
ナノスケールの物質と
同じぐらいの大きさなので
08:05
so we can use them
to steer these objects around,
分子をツールとして用いることで
08:09
much like a tool.
物質を操作できます
08:12
That's exactly what we've done in our lab.
これがまさに私たちの
研究室で行っていることです
08:13
We've developed chemistry
that goes into the pile of dust,
私たちは埃の山やナノ粒子に作用する
08:15
into the pile of nanoparticles,
化学を開発して
08:19
and pulls out exactly the ones we need.
必要なものを取り出します
08:20
Then we can use chemistry to arrange
literally billions of these particles
化学を使って文字どおり何十億もの粒子を
08:22
into the pattern
we need to build circuits.
回路の構築に必要なパターンへと並べます
08:26
And because we can do that,
これが実現できれば
08:29
we can build circuits
that are many times faster
ナノマテリアルを使う前の何倍もの速度の
08:30
than what anyone's been able
to make using nanomaterials before.
回路を構築できるのです
08:33
Chemistry's the missing tool,
化学こそ失われたツールであり
08:36
and every day our tool gets sharper
and gets more precise.
日に日に私たちのツールは
シャープで的確になっていき
08:37
And eventually --
そして ついに―
08:41
and we hope this is
within a handful of years --
あと数年でこれまでの約束の
08:42
we can deliver on one
of those original promises.
いずれかを実現できると見込んでいます
08:45
Now, computing is just one example.
コンピューティングは
ほんの一例です
08:48
It's the one that I'm interested in,
that my group is really invested in,
私が興味を持ち
グループが注力しているものです
08:50
but there are others
in renewable energy, in medicine,
その他にも再生可能なエネルギー
医学
08:54
in structural materials,
建築資材があり
08:58
where the science is going to tell you
to move towards the nano.
ナノに向かっていくということを
科学が示唆しています
09:00
That's where the biggest benefit is.
そこに最大の利益があります
09:03
But if we're going to do that,
でもそれを行うには
09:05
the scientists of today and tomorrow
are going to need new tools --
科学者には新しいツールが必要です
09:07
tools just like the ones I described.
私が今説明したようなツールです
09:10
And they will need chemistry.
That's the point.
化学が必要になります
これがポイントです
09:12
The beauty of science is that
once you develop these new tools,
科学の美点は
この新しいツールをひとたび開発すれば
09:16
they're out there.
そこに存在し続けることです
09:20
They're out there forever,
永遠に存在し続けて
09:21
and anyone anywhere
can pick them up and use them,
どこでも誰でも
それを拾い上げて使うことができ
09:22
and help to deliver
on the promise of nanotechnology.
ナノテクノロジー実現の
手助けとなることです
09:25
Thank you so much for your time.
I appreciate it.
お時間を頂き
本当にありがとうございました
09:29
(Applause)
(拍手)
09:32

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George Tulevski - Materials scientist
IBM's George Tulevski wants to use carbon nanotubes to revolutionize microchip design.

Why you should listen

George Tulevski researches nanomaterials and develops new methods to utilize these materials in technologically relevant applications. He is currently a Research Staff Member at IBM Thomas J. Watson Research Center.

Dr. Tulevski's current work includes advancements in carbon nanotubes that can be used in next-generation computer processors, flexible electronics and sensors. He has co-authored more than 50 peer-reviewed scientific publications and over 40 patents. In addition to his research, Tulevski teaches tomorrow’s nanoscientists at Columbia University, where he received his Ph.D.

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