ABOUT THE SPEAKER
Li Wei Tan - Formulation scientist
As a formulation scientist, Li Wei Tan is constantly finding ways to understand why something works and why it doesn't.

Why you should listen

For Li Wei Tan, curiosity is a primary motivation of her work. A senior scientist for Merck KGaA Darmstadt, Germany in Chilworth, United Kingdom, she is responsible for developing ink formulations, new materials and integrations into the company's OPV portfolios, including providing technical advice to new customers. Previously, she worked in Merck's organic electronics R&D group. Her formal studies have straddled fields of nanotechnologies, material science and analytical chemistry.

More profile about the speaker
Li Wei Tan | Speaker | TED.com
TED@Merck KGaA, Darmstadt, Germany

Li Wei Tan: The fascinating science of bubbles, from soap to champagne

Li Wei Tan: A fascinante ciência das bolhas, do sabão ao champanhe

Filmed:
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Nesta palestra divertida e demonstração ao vivo, a cientista Li Wei Tan compartilha os segredos das bolhas - da busca incansável pela perfeição geométrica até as aplicações na medicina e navegação, em que os projetistas estão criando embarcações mais eficientes imitando as bolhas criadas pelos pinguins nadadores. Saiba mais sobre essas maravilhas matemáticas e aproveite a magia escondida no mundo cotidiano.
- Formulation scientist
As a formulation scientist, Li Wei Tan is constantly finding ways to understand why something works and why it doesn't. Full bio

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Há alguns anos, estive visitando Paris
00:12
Some years ago, I was visiting Paris
0
772
2783
00:15
and walking along the Seine River
during a beautiful summer afternoon.
1
3579
4325
e, andando ao longo do rio Sena,
durante uma bela tarde de verão,
00:19
I saw giant bubbles
floating on the riverbank,
2
7928
3249
vi bolhas gigantes flutuando
na margem do rio,
00:23
like this one.
3
11201
1411
como esta.
00:24
The next moment, it popped and was gone.
4
12636
2953
No momento seguinte,
ela estourou e se foi.
00:28
Making them were two street performers
surrounded by a crowd.
5
16273
4016
Dois artistas de rua faziam as bolhas,
cercados por uma multidão.
00:32
They visibly make a living
by asking for donations
6
20845
3399
Visivelmente ganhavam a vida
pedindo doações
00:36
and by selling pairs of sticks
tied with two strings.
7
24268
3860
e vendendo pares de varetas
amarradas por duas cordas.
00:40
When I was there, a man bought
a pair of sticks for 10 euros,
8
28152
5067
Enquanto eu estava lá, um senhor
comprou um par de varetas por dez euros,
00:45
which surprised me.
9
33243
1752
o que me deixou surpresa.
00:47
I am a scientist who is
passionate about bubbles.
10
35773
3913
Sou uma cientista apaixonada por bolhas.
00:51
I know the right trick
to make the giant bubbles
11
39710
3356
Sei que o truque certo
para fazer as bolhas gigantes
00:55
is the right soapy water mixture itself --
12
43090
3401
está na própria mistura certa
de água e sabão
00:58
not the sticks,
13
46515
1431
e não nas varetas,
00:59
which may be needed,
14
47970
1311
que podem ser necessárias,
01:01
but you can easily make them at home.
15
49305
2143
mas que podemos fazê-las
facilmente em casa.
01:03
Focusing on the sticks makes us not see
that the real tool is the bubble itself.
16
51924
5642
Concentrando nas varetas, não percebemos
que a ferramenta real é a própria bolha.
01:10
Bubbles might seem like something
just children make while playing,
17
58970
4132
As bolhas podem parecer uma coisa
que só as crianças fazem enquanto brincam,
01:16
but sometimes it can be really stunning.
18
64117
2423
mas, às vezes, pode ser
muito impressionante.
01:19
However, there are more
fascinating science to bubbles,
19
67659
4338
No entanto, há mais ciência
fascinante para as bolhas,
01:24
such as problem-solving tools.
20
72021
2647
como as ferramentas
para a resolução de problemas.
01:27
So I would like to share with you
21
75192
2373
Então, eu gostaria
de compartilhar com vocês
01:29
a few stories about
the science of creating bubbles
22
77589
3671
algumas histórias sobre a ciência
da criação de bolhas
01:33
and the science of eliminating
the microscopic ones.
23
81284
3995
e a ciência da eliminação
das bolhas microscópicas.
01:37
Since it's up on the screen,
let's start with the soap bubble.
24
85742
3918
Já que está na tela, vamos começar
com a bolha de sabão.
01:42
It is made from very common substances:
25
90478
3046
Ela é feita de substâncias muito comuns:
01:45
air, water, soap, in the right mixture.
26
93548
3777
ar, água, sabão, na mistura certa.
01:50
You can see soap bubbles
constantly changing their colors.
27
98214
3601
Podemos ver bolhas de sabão
mudando constantemente de cor.
01:53
This is due to the interaction with light
at various directions
28
101839
4497
Isso se deve à interação com a luz
em várias direções
01:58
and the changes of their thickness.
29
106360
2117
e às mudanças de espessura das bolhas.
02:01
One of the common substances,
water molecules,
30
109471
3759
Uma das substâncias comuns,
as moléculas de água,
02:05
are formed by two atoms of hydrogen
and one atom of oxygen -- H2O.
31
113254
6397
são formadas por dois átomos de hidrogênio
e um átomo de oxigênio: H2O.
02:12
On most surfaces, water droplets
tend to curve inwards,
32
120350
4791
Na maioria das superfícies, as gotas
de água tendem a se curvar para dentro,
02:17
forming a semihemisphere shape.
33
125165
2373
tomando uma forma semi-hemisférica.
02:20
This is because the water droplet's
surface is like an elastic sheet.
34
128237
4770
Isso ocorre porque a superfície da gota
de água é como uma folha elástica.
02:25
The water molecule on the surface
is constantly being pulled inwards
35
133729
4024
A molécula de água na superfície
é constantemente puxada para dentro
02:29
by the molecule at the center.
36
137777
1922
pela molécula no centro.
02:32
And the quality of the elasticity
is what we call "surface tension."
37
140826
5024
A qualidade da elasticidade
é o que chamamos de "tensão superficial".
02:38
Now by adding soap,
38
146422
2051
Agora, adicionando sabão,
02:40
what happens is the soap molecule
reduces the surface tension of water,
39
148497
4544
o que acontece é que a molécula de sabão
reduz a tensão superficial da água,
02:45
making it more elastic
and easier to form bubbles.
40
153065
3924
tornando-a mais elástica
e mais fácil de formar bolhas.
02:50
You can think of a bubble
as a mathematical problem-solver.
41
158505
4719
Podemos pensar numa bolha
como uma solucionadora
de problemas matemáticos.
02:55
You see it relentlessly trying
to achieve geometry perfection.
42
163779
5042
Nós a vemos tentando incansavelmente
alcançar a perfeição geométrica.
03:00
For instance, a sphere is the shape
with the least surface area
43
168845
5812
Por exemplo, uma esfera é a forma
com a menor área de superfície
03:06
for a given volume.
44
174681
1617
para um determinado volume.
03:08
That's why a single bubble
is always in the shape of a sphere.
45
176322
4344
É por isso que uma única bolha
tem sempre a forma de uma esfera.
03:12
Let me show you. Check it out.
46
180690
1836
Vou lhes mostrar; vejam.
03:30
This is a single bubble.
47
198112
1818
Esta é uma bolha simples.
03:31
When two bubbles touch each other,
48
199954
2267
Quando duas bolhas se tocam,
03:37
they can save materials
by sharing a common wall.
49
205437
3234
elas podem economizar materiais
compartilhando uma parede comum.
03:48
When more and more bubbles
are added together,
50
216385
2925
Quando mais e mais bolhas são adicionadas,
03:51
their geometry changes.
51
219334
1829
a geometria delas muda.
03:53
These four bubbles are added together.
52
221556
2359
Essas quatro bolhas estão unidas
03:55
They meet at one point at the center.
53
223939
2270
e encontram-se em um ponto no centro.
04:42
When six bubbles are added together,
54
270871
2370
Quando seis bolhas são formadas,
04:45
a magical cube appears at the center.
55
273265
2640
um cubo mágico aparece no centro.
04:47
(Applause)
56
275929
3628
(Aplausos)
04:55
That is surface tension at work,
57
283059
2683
É a tensão superficial em ação,
04:57
trying to find the most effective
geometry arrangement.
58
285766
3938
tentando encontrar o arranjo
geométrico mais eficaz.
05:03
Now, let me give you another example.
59
291693
4505
Darei a vocês outro exemplo.
05:09
This is a very simple prop.
60
297153
3002
Este é um suporte muito simples.
05:13
This is made from two layers of plastic
61
301258
3908
É feito de duas camadas de plástico,
05:17
with four pins connected to each other.
62
305190
2486
com quatro pinos conectados entre si.
05:19
Imagine these four pins represent
four cities that are equally apart,
63
307700
5990
Imaginem que esses quatro pinos
representam quatro cidades
igualmente separadas,
05:25
and we would like to make roads
to connect these four cities.
64
313714
3705
e que gostaríamos de fazer
estradas para ligá-las.
Minha pergunta é:
05:30
My question is: What is the shortest
length to connect these four cities?
65
318426
4244
"Qual é o menor comprimento
para ligar essas quatro cidades?"
05:35
Let's find out the answer
by dipping it into the soapy water.
66
323723
3901
Vamos descobrir a resposta
mergulhando a peça na água com sabão.
Lembrem-se:
05:43
Remember, the soap bubble forms
will always try to minimize
67
331775
5523
as formas de bolha de sabão
sempre tentarão minimizar
05:49
their surface area
68
337322
1600
a área de superfície delas
05:50
with a perfect geometry arrangement.
69
338946
2706
com um arranjo geométrico perfeito.
Então, a solução pode não ser
algo esperado.
05:54
So the solution might not be
something you expected.
70
342632
5109
06:02
The shortest length
to connect these four cities
71
350175
3408
O menor comprimento
para ligar essas quatro cidades
06:05
is 2.73 times the distance
between these two cities.
72
353607
5864
é 2,73 vezes a distância
entre estas duas cidades.
(Aplausos)
06:11
(Applause)
73
359495
4293
06:17
Now you've got the idea.
74
365401
1966
Agora vocês entenderam.
06:19
The soap bubble forms will always try
to minimize their surface area
75
367391
5279
As formas de bolha de sabão
sempre tentarão minimizar
a área de superfície delas
06:24
with a perfect geometry arrangement.
76
372694
2404
com um arranjo geométrico perfeito.
06:29
Now, let us look at bubbles
in another perspective.
77
377416
5873
Vamos analisar as bolhas
por outra perspectiva.
06:36
My daughter, Zoe, loves visiting zoos.
78
384357
3908
Minha filha Zoe adora visitar zoológicos.
06:40
Her favorite spot is Penguin Cove
at Marwell Zoo in Southern England,
79
388289
5929
O lugar favorito dela é Penguin Cove,
no Marwell Zoo, no sul da Inglaterra,
06:46
where she could see penguins
swim at speed under the water.
80
394242
4432
onde ela pôde ver pinguins nadando
em velocidade embaixo da água.
06:51
One day, she noticed
that the body of penguins
81
399653
3779
Um dia, ela notou que o corpo dos pinguins
06:55
leaves a trail of bubbles when they swim
82
403456
3000
deixava um rastro de bolhas quando nadavam
06:58
and asked why.
83
406480
1880
e perguntou o motivo.
07:00
Animals and birds like penguins
84
408384
2967
Animais e aves, como pinguins,
07:03
that spend a lot of their time
under the water
85
411375
3498
que passam muito tempo embaixo da água,
07:06
have evolved an ingenious way
of utilizing the capability of bubbles
86
414897
6415
desenvolveram uma maneira engenhosa
de utilizar a capacidade de bolhas
07:13
to reduce the density of water.
87
421336
2606
para reduzir a densidade da água.
07:17
Emperor penguins are thought to be able
to dive a few hundred meters
88
425066
4712
Acredita-se que pinguins-imperadores
possam mergulhar centenas de metros
07:21
below the sea surface.
89
429802
2107
abaixo da superfície do mar.
07:24
They are thought to store
the air under their feathers
90
432562
3692
Acredita-se que armazenem
o ar sob as penas
07:28
before they dive
91
436278
1655
antes de mergulharem
07:29
and then progressively release it
as a cloud of bubbles.
92
437957
4769
e depois o liberem progressivamente
como uma nuvem de bolhas.
07:35
This reduces the density
of water surrounding them,
93
443300
3668
Isso reduz a densidade
da água ao redor deles,
07:38
making it easier to swim through
94
446992
2785
tornando mais fácil nadar
07:41
and speed up their swimming speed
at least 40 percent.
95
449801
4829
e acelera a velocidade do nado deles
em pelo menos 40%.
07:47
This feature has been noticed
by the ship manufacturers.
96
455779
3729
Essa característica foi notada
pelos fabricantes de navios.
07:52
I am talking about the big ships here,
97
460364
3489
Estou falando sobre os grandes navios,
07:55
the ones that are used to transport
thousands of containers across the ocean.
98
463877
5007
usados para transportar milhares
de contêineres pelo oceano.
08:01
Recently, they developed a system
called "air lubricating system,"
99
469559
5402
Recentemente, foi desenvolvido um sistema
chamado "sistema de lubrificação a ar",
08:06
inspired by the penguins.
100
474985
1965
inspirado pelos pinguins.
08:09
In this system, they produce
a lot of air bubbles
101
477704
4166
Nesse sistema, são produzidas
muitas bolhas de ar
08:13
and redistribute them across
the whole of the ship,
102
481894
4089
e redistribuídas em todo o navio,
08:18
like an air carpet
that reduces the water resistance
103
486007
4560
como um tapete de ar
que reduz a resistência à água
08:22
when a ship is moving.
104
490591
2187
quando um navio está se movendo.
08:26
This feature cuts off the energy
consumption for the ship
105
494167
4018
Essa função reduz o consumo de energia
para o navio em até 15%.
08:30
up to 15 percent.
106
498209
2617
08:34
Bubbles can also be used for medicines.
107
502848
3516
As bolhas também podem ser
usadas para medicamentos.
08:38
It can also play a role in medicines,
108
506388
2880
Também podem desempenhar um papel neles,
por exemplo, como um método
08:42
for instance, as a method for noninvasive
delivery systems for drugs and genes
109
510889
6969
para sistemas de entrega não invasivos
para drogas e genes
08:49
to a specific part of the body.
110
517882
2506
para uma parte específica do corpo.
08:52
Imagine a microbubble
111
520412
2056
Imaginem uma microbolha
08:54
filled with a mixture
of drugs and magnetic agents
112
522492
4097
cheia de uma mistura de drogas
e agentes magnéticos
08:58
being injected into our bloodstream.
113
526613
2445
sendo injetada na corrente sanguínea.
09:02
The bubbles will move to the target areas.
114
530273
3412
As bolhas irão se mover
para as áreas-alvo.
09:05
But how do they know where to go?
115
533709
2603
Mas como sabem para onde ir?
09:08
Because we placed a magnet there.
116
536336
2116
Porque colocamos um ímã lá.
09:10
For instance, this part of my hand.
117
538476
2361
Por exemplo, esta parte de minha mão.
09:12
When the microbubbles
move to this part of my hand,
118
540861
4012
Quando as microbolhas se movem pra cá,
09:16
we can pop it via ultrasound
119
544897
3791
podemos estourá-las via ultrassom
09:20
and release the drug
exactly where it's needed.
120
548712
3498
e liberar a droga exatamente
onde ela é necessária.
09:25
Now, I mentioned about
the science of creating bubbles.
121
553895
3474
Mencionei sobre a ciência de criar bolhas.
09:29
But sometimes we also need to remove them.
122
557393
4301
Mas, às vezes, também
precisamos removê-las.
09:33
That's actually part of my job.
123
561718
2300
Essa é, na verdade, parte de meu trabalho.
09:36
My exact job title is
"ink formulation scientist."
124
564731
4878
O título exato de minha função
é "cientista de formulação de tinta".
09:41
But I don't work on the ink
that you use for your writing pens.
125
569633
4050
Mas não trabalho na tinta
que usamos nas canetas.
09:46
I'm working on some cool applications
126
574366
2812
Estou trabalhando
em algumas aplicações legais
09:49
such as organic photovoltaics, OPVs,
127
577202
4420
como fotovoltaicos orgânicos, OPVs,
09:53
and organic light-emitting diodes, OLEDs.
128
581646
3672
e diodos emissores de luz
orgânicos, OLEDs.
09:57
Part of my job is to figure out
how and why we want to remove the bubbles
129
585342
6280
Parte de meu trabalho é descobrir
como e por que queremos remover as bolhas
10:03
from the ink that my company produces.
130
591646
2486
da tinta que minha empresa produz.
10:06
During the formulation-mixing process,
131
594989
3262
Durante o processo
de mistura de formulação,
10:10
or preparation process,
132
598275
1759
ou processo de preparação,
10:12
we mix active ingredients,
solvents and additives
133
600058
6195
misturamos ingredientes ativos,
solventes
e aditivos
10:18
in order to achieve the formulations
with the properties we want
134
606277
4529
a fim de alcançar as formulações
com as propriedades que queremos
quando a tinta está sendo usada.
10:22
when the ink is being used.
135
610830
1636
10:25
But just like you would make drinks
136
613196
2917
Mas, assim como fazemos bebidas
10:28
or bake cakes,
137
616137
1270
ou assamos bolos,
10:29
it is unavoidable that some air bubbles
will be trapped inside that ink.
138
617431
5556
é inevitável que algumas bolhas de ar
fiquem presas dentro dessa tinta.
10:35
Here, we are talking
about a different space
139
623686
3262
Aqui estamos falando
de uma situação diferente
10:38
from the bubbles I'd seen in Paris.
140
626972
2869
das bolhas que vi em Paris.
10:42
The bubbles that are trapped
inside those inks
141
630960
2202
As bolhas presas nessa tinta
10:45
vary between a few millimeters,
142
633186
2931
variam entre alguns milímetros,
10:48
a few microns
143
636141
1243
alguns mícrons,
10:49
or even a few nanometers in size.
144
637408
2973
ou até mesmo alguns nanômetros de tamanho.
10:52
And what we are concerned about
145
640405
1923
O que nos preocupa
10:54
is the oxygen and the moisture
that is trapped inside.
146
642352
2999
é o oxigênio e a umidade presos na tinta.
10:58
At this size scale,
removing them is not easy.
147
646525
5705
Nessa escala de tamanho,
não é fácil removê-las.
11:04
But it matters,
148
652254
1932
Mas é importante,
por exemplo, para tintas
de diodos emissores de luz orgânicos
11:06
for instance, for organic
light-emitting diodes inks
149
654210
4115
que podemos usar para produzir
11:11
that we can use to produce display
for your smartphone, for example.
150
659772
6972
a tela de seu smartphone.
Ela deve durar por muitos anos,
11:19
It's supposed to last for many years,
151
667674
2235
11:21
but if the ink that we use has been
absorbed with oxygen and moisture
152
669933
5020
mas, se a tinta que usamos
for absorvida com oxigênio e umidade,
11:26
[which] are not being removed,
153
674977
2363
que não estão sendo removidos,
11:29
then we can quickly see
dark spots appear in the pixels.
154
677364
4870
poderemos ver rapidamente
pontos escuros nos pixels.
11:34
Now, one challenge we face
in removing the microbubbles
155
682943
6983
Um desafio que enfrentamos
ao remover as microbolhas
11:41
is that they are not very cooperative.
156
689950
3446
é que elas não cooperam muito.
11:45
They like to sit there,
157
693420
1948
Gostam de ficar lá,
11:47
bathing in the ink without moving much.
158
695392
2886
banhando-se na tinta sem se moverem muito.
11:50
But how do we kick them out?
159
698937
1962
Mas como as expulsamos?
Usamos uma tecnologia
11:54
One technology we use
160
702741
2095
para forçar a tinta,
11:56
is to force the ink going through
a thin, long and tiny tube
161
704860
5541
passando por um tubo fino,
longo e minúsculo
12:02
with a porous wall,
162
710425
2131
com uma parede porosa,
12:04
and we place the tubes
inside the vacuum chamber,
163
712580
3111
e colocamos os tubos
dentro da câmara de vácuo,
12:07
so that the bubbles can be
squeezed out from the ink
164
715715
4340
para que as bolhas possam ser
espremidas da tinta e removidas.
12:12
and be removed.
165
720079
1355
12:14
Once we manage to remove the bubbles
from the ink that we produce,
166
722730
5644
Depois que conseguimos remover
as bolhas da tinta que produzimos,
12:21
it is time for celebration.
167
729310
2386
é hora de comemorar.
12:25
Let's open a bubbling champagne.
168
733726
3015
Vamos abrir uma garrafa de champanhe.
12:35
Ooh, this is going to be fun!
169
743693
2188
Ah, isso vai ser divertido!
12:37
(Laughter)
170
745905
2985
(Risos)
12:42
Woooo!
171
750327
2330
Uau!
12:44
(Applause)
172
752681
3706
(Aplausos)
12:52
You could see a lot of bubbles
rushing out from the champagne bottle.
173
760317
5728
Vocês puderam ver muitas bolhas
saindo da garrafa de champanhe.
12:58
These are the bubbles
filled with carbon dioxide,
174
766566
4343
São as bolhas cheias
de dióxido de carbono,
13:02
a gas that's been produced during
the fermentation process of the wine.
175
770933
5538
gás produzido durante o processo
de fermentação do vinho.
13:09
Let me pour some out.
176
777226
1743
Vou servir um pouco.
13:12
I can't miss the chance.
177
780919
1737
Não posso perder a chance.
13:22
I guess it's enough.
178
790292
2091
Acho que é o bastante.
13:24
(Laughter)
179
792407
1207
(Risos)
13:29
Here, I can see a lot of microbubbles
180
797178
5192
Aqui posso ver muitas microbolhas
13:34
moving from the bottom of the glass
to the top of the champagne.
181
802394
5016
movendo-se do fundo da taça
para o topo do champanhe.
13:40
Before it pops,
182
808286
1603
Antes de estourar,
13:42
it will jet tiny droplets
of aroma molecules
183
810680
5198
irá jorrar minúsculas gotas
de moléculas de aroma
13:47
and intensify the flavor of champagne,
184
815902
3671
e intensificar o sabor do champanhe,
13:51
making us enjoy much more
the flavor of champagne.
185
819597
3699
fazendo-nos apreciar
muito mais o seu sabor.
13:56
As a scientist who is
passionate about bubbles,
186
824226
3502
Como uma cientista apaixonada por bolhas,
13:59
I love to see them,
187
827752
1710
adoro vê-las,
14:02
I love to play with them,
188
830306
2135
brincar com elas,
14:04
and I love to study them.
189
832465
2268
estudá-las
14:06
And also, I love to drink them.
190
834757
2252
e também adoro bebê-las.
14:09
Thank you.
191
837033
1209
Obrigada.
14:10
(Applause)
192
838266
4462
(Aplausos)
Translated by Maurício Kakuei Tanaka
Reviewed by Maricene Crus

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ABOUT THE SPEAKER
Li Wei Tan - Formulation scientist
As a formulation scientist, Li Wei Tan is constantly finding ways to understand why something works and why it doesn't.

Why you should listen

For Li Wei Tan, curiosity is a primary motivation of her work. A senior scientist for Merck KGaA Darmstadt, Germany in Chilworth, United Kingdom, she is responsible for developing ink formulations, new materials and integrations into the company's OPV portfolios, including providing technical advice to new customers. Previously, she worked in Merck's organic electronics R&D group. Her formal studies have straddled fields of nanotechnologies, material science and analytical chemistry.

More profile about the speaker
Li Wei Tan | Speaker | TED.com