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Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future
Fiorenzo Omenetto: Seta, l'antico materiale del futuro
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Fiorenzo Omenetto ci fa scoprire più di 20 incredibili nuovi tipi di utilizzo della seta, uno dei materiali più eleganti della natura -- trasmette la luce, si produce in modo sostenibile, rinforza altri materiali e viene usata in medicina per una molteplicità di scopi. Ci mostra dal palco alcuni articoli interessanti creati con questa fibra così versatile.
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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Grazie.
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I'm thrilled to be here.
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E' elettrizzante trovarsi qui.
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I'm going to talk about a new, old material
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Sto per parlarvi di un materiale antico e al contempo nuovo
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that still continues to amaze us,
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che continua a stupirci,
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and that might impact the way we think
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e che ci potrebbe far guardare in modo diverso
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about material science, high technology --
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alla scienza dei materiali e all'alta tecnologia --
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and maybe, along the way,
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e magari, un giorno,
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also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
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anche essere utilizzato in medicina, per la salute e per la riforestazione.
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So that's kind of a bold statement.
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E' un'affermazione impegnativa.
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I'll tell you a little bit more.
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Ma vi dirò qualcos'altro.
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This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.
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Questo materiale possiede delle caratteristiche che hanno dell'incredibile.
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It's sustainable; it's a sustainable material
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La sua produzione è sostenibile; è un materiale
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that is processed all in water and at room temperature --
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che viene lavorato in acqua e a temperatura ambiente --
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and is biodegradable with a clock,
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ed ha una biodegradabilità programmabile,
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so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
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così che lo si può far dissolvere istantaneamente in acqua
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or have it stable for years.
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o far rimanere stabile per anni.
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It's edible; it's implantable in the human body
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E' commestibile, si può usare per impianti
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without causing any immune response.
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senza causare alcuna risposta immunitaria.
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It actually gets reintegrated in the body.
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Di fatto viene riassorbito dal corpo.
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And it's technological,
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Ed è tecnologico,
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so it can do things like microelectronics,
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infatti si può usare nella microelettronica
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and maybe photonics do.
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e magari anche nella fotonica.
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And the material
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Ecco com'è fatto
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looks something like this.
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questo materiale.
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In fact, this material you see is clear and transparent.
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E' chiaro e trasparente, perché
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The components of this material are just water and protein.
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le sue componenti sono soltanto acqua e proteine.
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So this material is silk.
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Questo materiale è la seta.
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So it's kind of different
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E' diversa da come
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from what we're used to thinking about silk.
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l'abbiamo sempre immaginata.
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So the question is, how do you reinvent something
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La questione è: come si può reinventare qualcosa
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that has been around for five millennia?
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che esiste da millenni?
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The process of discovery, generally, is inspired by nature.
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In genere è sempre la natura ad ispirare la scoperta.
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And so we marvel at silk worms --
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E noi rimaniamo stupefatti dai bachi --
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the silk worm you see here spinning its fiber.
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questo baco che fila la sua fibra.
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The silk worm does a remarkable thing:
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Il baco compie una trasformazione notevole:
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it uses these two ingredients, protein and water,
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usa due ingredienti, acqua e proteine,
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that are in its gland,
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contenute in una ghiandola,
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to make a material that is exceptionally tough for protection --
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per creare un materiale duro che lo protegge molto efficacemente --
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so comparable to technical fibers
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alla stregua di fibre tecniche
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like Kevlar.
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come il Kevlar.
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And so in the reverse engineering process
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2000
Mentre nel procedimento inverso
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that we know about,
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2000
che conosciamo,
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and that we're familiar with,
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che ci è famigliare,
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for the textile industry,
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l'industria tessile
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the textile industry goes and unwinds the cocoon
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3000
prende il bozzolo, lo dipana e con la sua fibra
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and then weaves glamorous things.
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2000
tesse prodotti affascinanti.
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We want to know how you go from water and protein
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Ma vogliamo sapere come si passa da acqua e proteine
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to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
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a questo Kevlar liquido e naturale.
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So the insight
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In particolare
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is how do you actually reverse engineer this
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come si possa invertire questo processo
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and go from cocoon to gland
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per andare dal bozzolo alla ghiandola
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and get water and protein that is your starting material.
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fino ad arrivare all'acqua e alle proteine, ossia al materiale di partenza.
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And this is an insight
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2000
Questo è il lavoro
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that came, about two decades ago,
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iniziato circa un ventennio fa
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from a person that I'm very fortunate to work with,
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da una persona con cui ho la fortuna di collaborare,
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David Kaplan.
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David Kaplan.
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And so we get this starting material.
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Dunque prendiamo questo materiale originale
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And so this starting material is back to the basic building block.
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che abbiamo riportato al livello di piccole unità da assemblare.
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And then we use this to do a variety of things --
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Lo possiamo usare per farne cose diverse --
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like, for example, this film.
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per esempio una pellicola.
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And we take advantage of something that is very simple.
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Traiamo vantaggio da qualcosa di molto semplice.
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The recipe to make those films
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La ricetta per fabbricare la pellicola
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is to take advantage of the fact
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è resa facile dal fatto
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that proteins are extremely smart at what they do.
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che le proteine sanno bene come comportarsi.
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They find their way to self-assemble.
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Sanno come autoassemblarsi.
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So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
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3000
La ricetta è semplice: si prende la soluzione di seta, si versa
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and you wait for the protein to self-assemble.
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e si aspetta fino a che le proteine si assemblino da sé.
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And then you detach the protein and you get this film,
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Poi si staccano le proteine e si ottiene questa pellicola,
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as the proteins find each other as the water evaporates.
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159000
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perché le proteine mentre evaporano si incontrano l'un l'altra.
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But I mentioned that the film is also technological.
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Vi dicevo che questa pellicola è anche tecnologica.
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And so what does that mean?
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Ma cosa vuol dire?
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It means that you can interface it
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Che potete farla interagire
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with some of the things that are typical of technology,
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con alcune cose tipicamente tecnologiche,
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like microelectronics and nanoscale technology.
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come la microelettronica e la nanotecnologia.
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And the image of the DVD here
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L'immagine di questo DVD
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is just to illustrate a point
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2000
serve a far vedere come
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that silk follows very subtle topographies of the surface,
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4000
la seta segue le sottilissime topografie della superficie,
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which means that it can replicate features on the nanoscale.
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e dunque è in grado di replicare particolari in scala nanometrica.
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So it would be able to replicate the information
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Perciò potrebbe replicare i dati
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that is on the DVD.
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presenti sul DVD.
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And we can store information that's film with water and protein.
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Dei dati su un supporto fatto d'acqua e proteine.
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So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
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Quindi abbiamo fatto una prova e abbiamo scritto un messaggio
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which is right here, and the message is over there.
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su questo pezzetto di seta, proprio qui sopra.
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And much like in the DVD, you can read it out optically.
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E come il DVD, anche questo può essere letto otticamente.
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And this requires a stable hand,
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Ma richiede una mano ferma,
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so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
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ecco perché ho deciso di farlo dal vivo davanti a tante persone.
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So let me see.
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Vediamo.
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So as you see the film go in transparently through there,
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Come vedete la pellicola trasparente passa di qui
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and then ...
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e poi...
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(Applause)
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(Applausi)
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And the most remarkable feat
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E la parte più difficile
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is that my hand actually stayed still long enough to do that.
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227000
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è stata tenere la mano ferma abbastanza a lungo per la dimostrazione.
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So once you have these attributes
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230000
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Dunque una volta comprese le caratteristiche
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of this material,
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2000
di questo materiale,
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then you can do a lot of things.
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potrete farne di tutto.
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It's actually not limited to films.
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Non solamente pellicole.
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And so the material can assume a lot of formats.
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Il materiale può assumere molteplici formati.
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And then you go a little crazy, and so you do various optical components
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242000
3000
E potete sbizzarrirvi con la creazione di componenti ottici
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or you do microprism arrays,
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245000
2000
o strisce di microprismi,
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like the reflective tape that you have on your running shoes.
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come il nastro catarifrangente delle scarpe da jogging.
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Or you can do beautiful things
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O cose fantastiche
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that, if the camera can capture, you can make.
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che potete realizzare, se la telecamera riesce a mostrarle.
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You can add a third dimensionality to the film.
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Potete aggiungere alla pellicola una terza dimensione.
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And if the angle is right,
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E con la giusta angolazione
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you can actually see a hologram appear in this film of silk.
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si vede fuoriuscire un ologramma dalla pellicola.
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But you can do other things.
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E si può fare dell'altro.
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You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
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Forse usare delle semplici proteine per guidare la luce,
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and so we've made optical fibers.
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267000
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e così abbiamo delle fibre ottiche.
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But silk is versatile and it goes beyond optics.
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269000
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Ma la sua versatilità permette di andare oltre l'ottica.
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And you can think of different formats.
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E con forme diverse.
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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
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Ad esempio, se avete paura delle iniezioni si possono usare
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we do microneedle arrays.
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277000
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dei microaghi.
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What you see there on the screen is a human hair
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Quello che vedete sullo schermo è un capello
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superimposed on the needle that's made of silk --
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messo a confronto di un microago di seta --
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just to give you a sense of size.
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tanto per darvi un'idea delle dimensioni.
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You can do bigger things.
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285000
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Ma si possono fare oggetti più grandi,
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You can do gears and nuts and bolts --
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come ingranaggi, dadi e bulloni --
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that you can buy at Whole Foods.
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che potete acquistare in qualsiasi negozio.
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And the gears work in water as well.
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E gli ingranaggi funzionano anche in acqua.
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So you think of alternative mechanical parts.
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295000
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E provate a pensare a componenti meccaniche alternative.
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And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
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Forse si può usare questo Kevlar liquido se vi serve qualcosa di resistente
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to replace peripheral veins, for example,
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magari per sostituire delle vene periferiche,
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or maybe an entire bone.
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303000
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o addirittura un osso intero.
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And so you have here a little example
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Qui ho un piccolo esempio
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of a small skull --
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di un modellino di cranio --
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what we call mini Yorick.
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l'abbiamo chiamato mini Yorick.
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(Laughter)
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311000
3000
(Risate)
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But you can do things like cups, for example,
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314000
3000
Ma ad esempio si possono fare tazze,
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and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
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317000
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e se si aggiunge un po' d'oro o dei semiconduttori,
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you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
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3000
si possono fare sensori che si possono applicare sui cibi.
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You can do electronic pieces
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323000
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Si possono costruire parti elettroniche
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that fold and wrap.
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che si piegano e avvolgono.
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Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
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327000
3000
O se siete modaioli, dei tatuaggi con dei LED di seta.
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So there's versatility, as you see,
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330000
3000
Come vedete c'è un'estrema versatilità
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in the material formats,
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333000
2000
di formati
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that you can do with silk.
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335000
3000
che la seta consente di creare.
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But there are still some unique traits.
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338000
2000
E possiede altre caratteristiche uniche.
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I mean, why would you want to do all these things for real?
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340000
3000
Ma a che serve realizzare tutto questo?
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I mentioned it briefly at the beginning;
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343000
2000
L'ho accennato all'inizio;
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the protein is biodegradable and biocompatible.
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345000
2000
le proteine sono biodegradabili e biocompatibili.
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And you see here a picture of a tissue section.
140
347000
3000
Ecco un'immagine della sezione di un tessuto.
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And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
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350000
3000
Cosa vuol dire biodegradabili e biocompatibili?
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You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
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353000
3000
Si possono impiantare nel corpo senza doverle poi rimuovere.
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Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
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356000
4000
Questo vuol dire che tutti gli oggetti che vi ho mostrato potrebbero, in teoria,
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in principle, can be implanted and disappear.
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360000
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essere impiantati e poi essere riassorbiti.
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And what you see there in that tissue section,
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363000
2000
Nella sezione di questo tessuto potete
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in fact, is you see that reflector tape.
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365000
3000
in effetti vedere del nastro riflettente.
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So, much like you're seen at night by a car,
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368000
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Così, come un automobilista vi può notare al buio,
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then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
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l'idea è che, se illuminate il tessuto, potete vedere
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you can see deeper parts of tissue
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374000
2000
le parti più profonde del tessuto,
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because there is that reflective tape there that is made out of silk.
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376000
2000
perché è lì che si trova il nastro riflettente di seta.
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And you see there, it gets reintegrated in tissue.
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Come vedete, viene integrato dal tessuto.
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And reintegration in the human body
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2000
Ma la possibilità di integrazione nel corpo
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is not the only thing,
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382000
2000
non è l'unica peculiarità.
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but reintegration in the environment is important.
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384000
3000
Anche l'integrazione nell'ambiente è importante.
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So you have a clock, you have protein,
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387000
2000
Dunque abbiamo un temporizzatore, delle proteine,
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and now a silk cup like this
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389000
2000
e adesso una tazza di seta come questa
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can be thrown away without guilt --
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3000
si può anche gettar via tranquillamente.
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(Applause)
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394000
7000
(Applausi)
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unlike the polystyrene cups
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3000
Non come le tazze di polistirolo
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that unfortunately fill our landfills everyday.
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404000
3000
che purtroppo riempiono le discariche.
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It's edible,
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E' commestibile,
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so you can do smart packaging around food
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2000
e se gli alimenti vengono venduti in una confezione di seta,
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that you can cook with the food.
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411000
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si può cucinare tutto insieme.
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It doesn't taste good,
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Non ha un buon sapore,
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so I'm going to need some help with that.
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per cui servirebbe qualcosa che lo migliori.
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But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
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Ma forse l'aspetto più notevole è che può tornare alla condizione originale.
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Silk, during its self-assembly process,
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La seta, durante il processo di autoassemblamento,
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acts like a cocoon for biological matter.
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agisce come un bozzolo per il materiale biologico.
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And so if you change the recipe,
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2000
Quindi se si modifica la ricetta
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and you add things when you pour --
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2000
e si aggiungono gli ingredienti --
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so you add things to your liquid silk solution --
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aggiunti alla soluzione di seta liquida --
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where these things are enzymes
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ingredienti che possono essere enzimi
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or antibodies or vaccines,
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o anticorpi o vaccini,
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the self-assembly process
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il processo di autoassemblamento
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preserves the biological function of these dopants.
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3000
lascia inalterata la loro funzione biologica.
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So it makes the materials environmentally active
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E rende i materiali ambientalmente attivi
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and interactive.
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2000
e interattivi.
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So that screw that you thought about beforehand
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E così, ad esempio, quella vite che abbiamo visto prima
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can actually be used
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447000
2000
si può usare
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to screw a bone together -- a fractured bone together --
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per fissare un osso - un osso fratturato --
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and deliver drugs at the same,
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2000
e al contempo rilasciare dei farmaci
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while your bone is healing, for example.
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3000
durante la fase di guarigione.
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Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
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457000
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Oppure potreste tenere i vostri medicinali nel portafoglio invece che nel frigo.
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So we've made a silk card
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3000
Ecco una tesserina di seta
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with penicillin in it.
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contenente penicillina.
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And we stored penicillin at 60 degrees C,
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Vi abbiamo conservato la penicillina a 60° Celsius,
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so 140 degrees Fahrenheit,
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dunque 140° Fahrenheit,
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for two months without loss of efficacy of the penicillin.
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469000
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per due mesi senza che perdesse efficacia.
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And so that could be ---
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2000
Potrebbe anche essere --
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(Applause)
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474000
4000
(Applausi)
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that could be potentially a good alternative
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una buona potenziale alternativa
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to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
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480000
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ai cammelli refrigerati col fotovoltaico.
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And of course, there's no use in storage if you can't use [it].
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483000
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E naturalmente gli usi di stoccaggio sono innumerevoli.
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And so there is this other unique material trait
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486000
4000
E poi un'altra peculiarità specifica di questo
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that these materials have, that they're programmably degradable.
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490000
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materiale, cioè che è biodegradabile a tempo.
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And so what you see there is the difference.
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Potete vedere la differenza.
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In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
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495000
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In alto una pellicola programmata per non degradarsi,
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and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
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498000
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e in basso una che è stata programmata per degradarsi in acqua.
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And what you see is that the film on the bottom
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E potete vedere come quest'ultima
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releases what is inside it.
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rilasci il suo contenuto.
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So it allows for the recovery of what we've stored before.
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505000
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Perciò è possibile recuperare quello che era contenuto al suo interno.
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And so this allows for a controlled delivery of drugs
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Questo vuol dire che si possono rilasciare farmaci in modo controllato
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and for reintegration in the environment
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e che è possibile la reintegrazione nell'ambiente
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in all of these formats that you've seen.
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di tutti gli apparati di seta che avete visto.
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So the thread of discovery that we have really is a thread.
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Dunque nel nostro caso il filo della ricerca è proprio un filo.
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We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
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Ci appassiona questa idea che qualsiasi cosa si voglia fare,
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whether you want to replace a vein or a bone,
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dalla sostituzione di una vena o di un osso,
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or maybe be more sustainable in microelectronics,
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o perseguire una migliore sostenibilità in microelettronica,
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perhaps drink a coffee in a cup
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o bere un caffè
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and throw it away without guilt,
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e gettare la tazzina senza sentirsi in colpa,
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maybe carry your drugs in your pocket,
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portare le medicine in tasca,
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deliver them inside your body
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trasportarle nell'organismo
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or deliver them across the desert,
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o attraverso il deserto,
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the answer may be in a thread of silk.
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537000
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la risposta a tutto stia in un filo di seta.
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Thank you.
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539000
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Grazie.
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(Applause)
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541000
18000
(Applausi)
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