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Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future
Fiorenzo Omenetto: seda, el antiguo material del futuro
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Fiorenzo Omenetto comparte más de 20 asombrosos nuevos usos de la seda, uno de los materiales más elegantes de la Naturaleza -en la transmisión de luz, en mejorar la sustentabilidad, agregar resistencia y en importantes avances médicos. En el escenario, muestra algunos objetos intrigantes hechos con este material versátil.
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineer
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
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Estoy encantado de estar aquí.
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I'm going to talk about a new, old material
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Voy a hablar sobre un material viejo y a la vez nuevo
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that still continues to amaze us,
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que nos sigue asombrando
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and that might impact the way we think
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y que podría tener un impacto en la manera en que pensamos
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about material science, high technology --
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sobre la ciencia de los materiales, la alta tecnología
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and maybe, along the way,
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2000
y, a lo mejor, en el proceso,
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also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
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hacer algo para la medicina y la salud mundial y ayudar con la reforestación.
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So that's kind of a bold statement.
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Esa es una declaración audaz.
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I'll tell you a little bit more.
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Les voy a contar un poco más.
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This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.
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Este material tiene, en realidad, algunas propiedades que parecen demasiado buenas para ser ciertas.
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It's sustainable; it's a sustainable material
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Es sustentable; es un material sustentable
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that is processed all in water and at room temperature --
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que es procesado en agua y a temperatura ambiente
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and is biodegradable with a clock,
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y es biodegradable con degradación programada,
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so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
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de modo que pueden observarlo disolverse instantáneamente en un vaso de agua
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or have it stable for years.
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o mantenerlo estable durante años.
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It's edible; it's implantable in the human body
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Es comestible; es implantable en el cuerpo humano
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without causing any immune response.
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sin causar ninguna reacción inmunológica.
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It actually gets reintegrated in the body.
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En rigor, se reintegra en el cuerpo.
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And it's technological,
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2000
Y es tecnológico
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so it can do things like microelectronics,
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2000
de manera que puede usarse en microelectrónica
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and maybe photonics do.
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47000
2000
y tal vez en fotónica.
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And the material
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49000
2000
Y el material
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looks something like this.
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3000
se parece a algo así.
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In fact, this material you see is clear and transparent.
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54000
3000
De hecho, este material que ven es claro y transparente.
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The components of this material are just water and protein.
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57000
3000
Los elementos de este material son simplemente agua y proteína.
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So this material is silk.
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Este material es seda.
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So it's kind of different
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2000
Pero es diferente
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from what we're used to thinking about silk.
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65000
2000
a lo que solemos pensar como seda.
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So the question is, how do you reinvent something
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67000
2000
La pregunta, entonces, es ¿cómo se reinventa algo
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that has been around for five millennia?
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69000
3000
que ha existido durante cinco milenios?
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The process of discovery, generally, is inspired by nature.
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72000
3000
Por lo general, el proceso de descubrimiento se inspira en la Naturaleza.
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And so we marvel at silk worms --
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75000
2000
Así, nos asombramos ante los gusanos de seda -
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the silk worm you see here spinning its fiber.
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77000
3000
el gusano de seda que ven aquí hilando su fibra.
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The silk worm does a remarkable thing:
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80000
2000
El gusano de seda hace algo notable:
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it uses these two ingredients, protein and water,
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82000
2000
usa estos dos ingredientes, proteína y agua,
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that are in its gland,
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84000
2000
que se encuentran en sus glándulas,
01:41
to make a material that is exceptionally tough for protection --
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86000
3000
para fabricar un material que es excepcionalmente resistente como protección --
01:44
so comparable to technical fibers
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89000
2000
comparable a fibras técnicas
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like Kevlar.
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91000
2000
como el kevlar.
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And so in the reverse engineering process
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93000
2000
Así, en el proceso de ingeniería inversa
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that we know about,
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95000
2000
que conocemos,
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and that we're familiar with,
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97000
2000
y que nos resulta familiar,
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for the textile industry,
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99000
2000
para la industria textil,
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the textile industry goes and unwinds the cocoon
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101000
3000
la industria textil deshila el capullo
01:59
and then weaves glamorous things.
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104000
2000
y luego teje cosas glamorosos.
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We want to know how you go from water and protein
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106000
2000
Queremos saber cómo se va del agua y la proteína
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to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
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3000
a este kevlar líquido, este kevlar natural.
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So the insight
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2000
El secreto está
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is how do you actually reverse engineer this
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113000
3000
en cómo se lleva a cabo el proceso de ingeniería inversa
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and go from cocoon to gland
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116000
2000
para ir desde el capullo hasta la glándula
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and get water and protein that is your starting material.
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118000
3000
y conseguir agua y proteína que constituyen el material inicial.
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And this is an insight
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121000
2000
Este descubrimiento
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that came, about two decades ago,
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123000
2000
tuvo lugar hace dos décadas
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from a person that I'm very fortunate to work with,
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125000
4000
por una persona con quien tengo la fortuna de trabajar,
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David Kaplan.
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129000
3000
David Kaplan.
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And so we get this starting material.
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132000
2000
Así, tenemos este material inicial
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And so this starting material is back to the basic building block.
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134000
3000
que constituye el bloque de construcción básica.
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And then we use this to do a variety of things --
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137000
2000
Y luego lo usamos para hacer una variedad de cosas diferentes
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like, for example, this film.
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139000
2000
como, por ejemplo, film plástico
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And we take advantage of something that is very simple.
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141000
2000
Y aprovechamos algo que es muy simple.
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The recipe to make those films
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143000
2000
La receta para hacer esos films
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is to take advantage of the fact
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145000
2000
consiste en aprovechar el hecho
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that proteins are extremely smart at what they do.
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147000
2000
de que las proteínas son extremadamente inteligentes en lo que hacen.
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They find their way to self-assemble.
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149000
2000
Encuentran la manera de autoagruparse.
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So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
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151000
3000
De modo que la receta es simple: se toma la solución de seda, se la vierte,
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and you wait for the protein to self-assemble.
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154000
2000
y se espera a que las proteínas se autoagrupen.
02:51
And then you detach the protein and you get this film,
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156000
3000
Y luego se separa la proteína y se obtiene este film,
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as the proteins find each other as the water evaporates.
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159000
3000
mientras las proteínas se agrupan entre sí a medida que el agua se evapora.
02:57
But I mentioned that the film is also technological.
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162000
2000
Pero también mencioné que el film es tecnológico.
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And so what does that mean?
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164000
2000
¿Qué significa eso?
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It means that you can interface it
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166000
3000
Significa que se lo puede conectar
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with some of the things that are typical of technology,
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169000
2000
con algunas de las cosas que son típicas de la tecnología,
03:06
like microelectronics and nanoscale technology.
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171000
3000
como la microelectrónica y la nanotecnología.
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And the image of the DVD here
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174000
2000
Y la imagen en el DVD aquí
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is just to illustrate a point
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176000
2000
es simplemente para demostrar que
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that silk follows very subtle topographies of the surface,
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178000
4000
la seda imita las sutilezas de las topografías de la superficie,
03:17
which means that it can replicate features on the nanoscale.
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182000
3000
lo cual significa que puede reproducir características en nanoescala.
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So it would be able to replicate the information
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185000
2000
De modo que podría reproducir la información
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that is on the DVD.
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187000
3000
que está en el DVD.
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And we can store information that's film with water and protein.
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190000
3000
Y podemos guardar información que es film con agua y proteína.
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So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
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193000
3000
Así, hicimos una prueba y escribimos un mensaje en un pedazo de seda,
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which is right here, and the message is over there.
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196000
2000
que está aquí mismo, y el mensaje está allá.
03:33
And much like in the DVD, you can read it out optically.
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198000
3000
Y al igual que en el DVD, se lo puede leer ópticamente.
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And this requires a stable hand,
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2000
Esto requiere de una mano firme
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so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
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203000
3000
y por eso decidí hacerlo sobre el escenario frente a mil personas.
03:42
So let me see.
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207000
2000
Déjenme ver.
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So as you see the film go in transparently through there,
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209000
2000
Así, como ven, el film transparente por allí,
03:46
and then ...
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211000
2000
y luego ...
03:53
(Applause)
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218000
7000
(Aplausos)
04:00
And the most remarkable feat
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225000
2000
Y lo más sorprendente de esta hazaña
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is that my hand actually stayed still long enough to do that.
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227000
3000
es que mi mano se mantuvo firme el tiempo suficiente como para hacer eso.
04:05
So once you have these attributes
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230000
3000
De modo que una vez que se tienen estos atributos
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of this material,
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233000
2000
de este material,
04:10
then you can do a lot of things.
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235000
2000
se pueden hacer muchas cosas.
04:12
It's actually not limited to films.
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237000
2000
No está limitado a los films.
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And so the material can assume a lot of formats.
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239000
3000
El material puede adoptar muchas formas.
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And then you go a little crazy, and so you do various optical components
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242000
3000
Y uno se vuelve un poco loco y se hacen varios componentes ópticos
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or you do microprism arrays,
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245000
2000
o se hacen matrices de micro prismas,
04:22
like the reflective tape that you have on your running shoes.
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247000
2000
como la cinta reflectiva que tienen en sus zapatillas para correr.
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Or you can do beautiful things
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249000
2000
O pueden hacer cosas lindísimas
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that, if the camera can capture, you can make.
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251000
2000
si pueden ser capturadas por la cámara.
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You can add a third dimensionality to the film.
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253000
3000
Pueden agregarle una tercera dimensión al film.
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And if the angle is right,
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256000
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Y si el ángulo es correcto,
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you can actually see a hologram appear in this film of silk.
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258000
3000
pueden ver un holograma en el film de seda.
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But you can do other things.
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263000
2000
Pero pueden hacer otras cosas.
04:40
You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
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265000
2000
Pueden imaginarse que se podría usar una proteína pura para impulsar el transporte de luz,
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and so we've made optical fibers.
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267000
2000
y, así, hemos fabricado fibras ópticas.
04:44
But silk is versatile and it goes beyond optics.
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269000
3000
Pero la seda es versátil y va más allá de la óptica.
04:47
And you can think of different formats.
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272000
2000
Pueden pensar en diferentes formatos,
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So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,
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274000
3000
y si, por ejemplo, están asustados de ir al doctor y que les aplique una inyección,
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we do microneedle arrays.
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277000
2000
hacemos matrices de micro-agujas.
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What you see there on the screen is a human hair
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279000
2000
Lo que ven en la pantalla es un cabello humano
04:56
superimposed on the needle that's made of silk --
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281000
2000
superpuesto sobre la aguja hecha de seda --
04:58
just to give you a sense of size.
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283000
2000
para darles una idea del tamaño.
05:00
You can do bigger things.
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285000
2000
Pueden fabricarse cosas más grandes.
05:02
You can do gears and nuts and bolts --
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287000
2000
Pueden fabricarse engranajes, tuercas y tornillos --
05:04
that you can buy at Whole Foods.
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289000
3000
que pueden comprar en Whole Foods.
05:07
And the gears work in water as well.
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292000
3000
Y los engranajes funcionan en el agua.
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So you think of alternative mechanical parts.
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295000
2000
De modo que si piensan en partes mecánicas alternativas
05:12
And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
120
297000
3000
a lo mejor sería posible utilizar ese kevlar líquido si se necesita algo resistente
05:15
to replace peripheral veins, for example,
121
300000
3000
para reemplazar venas periféricas, por ejemplo,
05:18
or maybe an entire bone.
122
303000
2000
o quizá un hueso entero.
05:20
And so you have here a little example
123
305000
2000
Aquí tienen un ejemplo
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of a small skull --
124
307000
2000
de un pequeño cráneo
05:24
what we call mini Yorick.
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309000
2000
de lo que llamamos un mini Yorick
05:26
(Laughter)
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311000
3000
(Risas)
05:29
But you can do things like cups, for example,
127
314000
3000
Pero pueden fabricarse cosas como vasos, por ejemplo,
05:32
and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
128
317000
3000
y, así, si agregan un poco de oro y agregan un poco de semiconductores
05:35
you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
129
320000
3000
pueden fabricarse sensores que se adhieren a la superficie de los alimentos.
05:38
You can do electronic pieces
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323000
2000
Pueden fabricarse piezas electrónicas
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that fold and wrap.
131
325000
2000
que se pliegan y enrollan.
05:42
Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
132
327000
3000
O si quieren estar de moda, algún tatuaje de seda de 'diodo'
05:45
So there's versatility, as you see,
133
330000
3000
Como pueden ver, hay versatilidad
05:48
in the material formats,
134
333000
2000
en los formatos
05:50
that you can do with silk.
135
335000
3000
que puede adoptar la seda.
05:53
But there are still some unique traits.
136
338000
2000
Pero hay ciertas características únicas.
05:55
I mean, why would you want to do all these things for real?
137
340000
3000
Es decir, ¿por qué querríamos hacer todas estas cosas en realidad?
05:58
I mentioned it briefly at the beginning;
138
343000
2000
Lo mencioné brevemente al comienzo;
06:00
the protein is biodegradable and biocompatible.
139
345000
2000
la proteína es biodegradable y biocompatible.
06:02
And you see here a picture of a tissue section.
140
347000
3000
Aquí ven la imagen de un sector de tejido.
06:05
And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
141
350000
3000
¿Y qué significa que sea biodegradable y biocompatible?
06:08
You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
142
353000
3000
Se puede implantar en el cuerpo sin necesidad de recuperar lo implantado.
06:11
Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
143
356000
4000
Lo cual significa que todos los dispositivos que han visto anteriormente y todos los formatos,
06:15
in principle, can be implanted and disappear.
144
360000
3000
en principio, pueden ser implantados y desaparecer.
06:18
And what you see there in that tissue section,
145
363000
2000
Lo que ven allí en ese sector de tejido,
06:20
in fact, is you see that reflector tape.
146
365000
3000
es, de hecho, una cinta reflectora.
06:23
So, much like you're seen at night by a car,
147
368000
3000
De modo que, así como pueden ser vistos por conductores a la noche,
06:26
then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
148
371000
3000
la idea es que pueda verse, si se ilumina el tejido,
06:29
you can see deeper parts of tissue
149
374000
2000
puedan verse partes más profundas de tejido
06:31
because there is that reflective tape there that is made out of silk.
150
376000
2000
gracias a esa cinta reflectora que está hecha de seda.
06:33
And you see there, it gets reintegrated in tissue.
151
378000
2000
Y como ven allí, queda reintegrado en el tejido.
06:35
And reintegration in the human body
152
380000
2000
Y la reinserción en el cuerpo humano
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is not the only thing,
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382000
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no es lo único.
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but reintegration in the environment is important.
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La reinserción en el medio ambiente es importante.
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So you have a clock, you have protein,
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Así, tienen un reloj, tienen proteína,
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and now a silk cup like this
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y ahora un vaso de seda como este
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can be thrown away without guilt --
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3000
puede ser descartado sin culpa.
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(Applause)
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7000
(Aplausos)
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unlike the polystyrene cups
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A diferencia de los vasos de poliestireno
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that unfortunately fill our landfills everyday.
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3000
que desafortunadamente cubren nuestros vertederos diariamente.
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It's edible,
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Es comestible,
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so you can do smart packaging around food
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de manera que pueden fabricarse envases inteligentes para alimentos
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that you can cook with the food.
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que se puedan cocinar con la comida.
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It doesn't taste good,
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No tiene buen sabor,
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so I'm going to need some help with that.
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de modo que voy a necesitar un poco de ayuda con eso.
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But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
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Pero probablemente lo más notable es que se vuelve al punto de partida.
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Silk, during its self-assembly process,
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La seda, durante su proceso de autoagrupación,
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acts like a cocoon for biological matter.
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actúa como un capullo para material biológico.
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And so if you change the recipe,
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Y si se cambia la receta,
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and you add things when you pour --
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y se agregan cosas al verter --
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so you add things to your liquid silk solution --
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se agregan cosas a la solución líquida de seda --
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where these things are enzymes
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ya sean enzimas
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or antibodies or vaccines,
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o anticuerpos o vacunas,
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the self-assembly process
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el proceso de autoagrupación
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preserves the biological function of these dopants.
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preserva la función biológica de estos dopantes.
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So it makes the materials environmentally active
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De manera que convierte a los materiales en ambientalmente activos
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and interactive.
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2000
e interactivos.
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So that screw that you thought about beforehand
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De modo que ese tornillo que vieron con anterioridad
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can actually be used
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puede, actualmente, ser usado
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to screw a bone together -- a fractured bone together --
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para soldar un hueso fracturado
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and deliver drugs at the same,
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y para administrar fármacos al mismo tiempo,
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while your bone is healing, for example.
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mientras el hueso se repara, por ejemplo.
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Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
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O podrían poner los medicamentos en sus billeteras en lugar de la heladera.
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So we've made a silk card
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Y para ello fabricamos una tarjeta de seda
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with penicillin in it.
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que contiene penicilina.
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And we stored penicillin at 60 degrees C,
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Y guardamos la penicilina a 60°C,
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so 140 degrees Fahrenheit,
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2000
es decir a 140°F,
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for two months without loss of efficacy of the penicillin.
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3000
durante dos meses sin ninguna pérdida de la eficacia de la penicilina.
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And so that could be ---
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472000
2000
De modo que eso podría ser ---
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(Applause)
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4000
(Aplausos)
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that could be potentially a good alternative
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eso podría ser potencialmente una buena alternativa
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to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
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480000
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a la refrigeración alimentada por paneles solares para el transporte en camellos.
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And of course, there's no use in storage if you can't use [it].
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Y, desde luego, no tiene sentido guardarlo si no se lo puede usar.
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And so there is this other unique material trait
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Así, este material tiene otro rasgo único
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that these materials have, that they're programmably degradable.
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y es que su degradación es programable.
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And so what you see there is the difference.
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De modo que lo que ven allí es la diferencia.
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In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
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Arriba, tienen un film que ha sido programado para no degradarse,
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and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
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3000
y abajo, tienen un film que ha sido programado para degradarse en agua.
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And what you see is that the film on the bottom
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Y lo que ven es que el film de abajo
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releases what is inside it.
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libera lo que tiene adentro.
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So it allows for the recovery of what we've stored before.
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Y así permite recuperar lo que habíamos almacenado antes.
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And so this allows for a controlled delivery of drugs
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Y esto permite una administración controlada de fármacos
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and for reintegration in the environment
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y permite la reintegración con el medioambiente
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in all of these formats that you've seen.
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en todos los formatos que han visto.
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So the thread of discovery that we have really is a thread.
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De modo que el hilo de descubrimiento que tenemos es, en rigor, un hilo.
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We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
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Estamos apasionados con la idea de que sea lo que sea que quieran hacer,
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whether you want to replace a vein or a bone,
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ya sea reemplazar una vena o un hueso,
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or maybe be more sustainable in microelectronics,
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o ser más sustentables en la microelectrónica
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perhaps drink a coffee in a cup
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quizá tomar café en una copa
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and throw it away without guilt,
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y tirarla sin culpa,
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maybe carry your drugs in your pocket,
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tal vez llevar sus medicamentos en sus bolsillos,
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deliver them inside your body
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administrarlos en su cuerpo
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or deliver them across the desert,
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o transportarlos a través del desierto,
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the answer may be in a thread of silk.
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la respuesta puede estar en un hilo de seda.
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Thank you.
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539000
2000
Gracias.
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(Applause)
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541000
18000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineerFiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk.
Why you should listen
Fiorenzo Omenetto is a Professor of Biomedical Engineering and leads the laboratory for Ultrafast Nonlinear Optics and Biophotonics at Tufts University and also holds an appointment in the Department of Physics. Formerly a J. Robert Oppenheimer Fellow at Los Alamos National Laboratory before joining Tufts, his research is focused on interdisciplinary themes that span nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), optofluidics and biopolymer based photonics. He has published over 100 papers and peer-review contributions across these various disciplines.
Since moving to Tufts at the end of 2005, he has proposed and pioneered (with David Kaplan) the use of silk as a material platform for photonics, optoelectronics and high-technology applications. This new research platform has recently been featured in MIT's Technology Review as one of the 2010 "top ten technologies likely to change the world."
Fiorenzo Omenetto | Speaker | TED.com