TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
แอนเจลา เบลเชอร์ : สร้างแบตเตอรี่ด้วยวิถีธรรมชาติ
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
ด้วยแรงบันดาลใจจากเปลือกหอยเป๋าฮื้อ ศาสตราจารย์แอนเจลา เบลเชอร์ (Angela Belcher) โปรแกรมให้ไวรัสสร้างโครงสร้างนาโนอันอลังการให้มนุษย์อย่างเรานำไปใช้งานได้ ด้วยการคัดเลือกยีนส์สมรรถนะสูงผ่านการกำกับควบคุมทางวิวัฒนาการ ศ.แอนเจลาได้สร้างไวรัสที่สามารถสร้างแบตเตอรี่กำลังสูงชนิดใหม่ เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่สะอาด และ เซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงเป็นประวัติการณ์ ในงาน TEDxCaltech เธอมานำเสนอให้พวกเราดูว่าการสร้างแบตเตอรี่ด้วยธรรมชาตินั้นทำได้อย่างไร
Angela Belcher - Biological engineer
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
I thought I would talk a little bit about how nature makes materials.
0
0
3000
ดิฉันคิดไว้ค่ะว่าจะอธิบายสักหน่อยว่าธรรมชาติสร้างวัสดุออกมาได้ยังไง
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
ดิฉันเอาเปลือกหอยเป๋าฮื้อติดตัวมาด้วย
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
เปลือกเป๋าฮื้อชิ้นนี้เป็นวัสดุคอมโพสิตชีวภาพ (biocomposite)
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
ที่มวลร้อยละ 98 คือ หินปูน (calcium carbonate)
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
และมวลอีกร้อยละ 2 เป็นโปรตีน
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
แต่กระนั้น มันแข็งแรงทนทานกว่า 3,000 เท่า
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
ของคู่คล้ายในทางธรณีวิทยาของมัน (หินปูน)
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
และหลายๆคนอาจจะใช้โครงสร้างอย่างเปลือกเป๋าฮื้อนี้
00:35
like chalk.
8
20000
2000
แทนชอล์กได้
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
ดิฉันรู้สึกทึ่งกับวิธีการที่ธรรมชาติสรรสร้างวัสดุขึ้นมา
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
และมีลำดับขั้นตอนหลายลำดับ
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
ในการที่ธรรมชาติสามารถทำหน้าที่ได้อย่างยอดเยี่ยม
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
ส่วนหนึ่งก็คือวัสดุพวกนี้
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
มีโครงสร้างที่มองเห็นด้วยตาเปล่า (macroscopic)
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
แต่สร้างขึ้นมาในระดับนาโน
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
วัสดุพวกนี้ถือกำเนิดขึ้นมาในระดับนาโน
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
และมันใช้โปรตีนซึ่งถูกป้อนรหัสไว้ในระดับพันธุกรรม
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
ที่ทำให้มันสร้างโครงสร้างที่เยี่ยมยอดเป็นอย่างยิ่งแบบนี้ได้
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
ดังนั้น มีสิ่งที่ดิฉันคิดว่าน่าทึ่งเอามากๆ
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
ก็คือ จะเป็นยังไงนะถ้าหากว่าเราสามารถให้กำเนิดชีวิต
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
กับพวกโครงสร้างที่ปราศจากชีวิต
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
อย่างพวกแบตเตอรี่และเซลล์แสงอาทิตย์ได้?
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
จะเป็นยังไงกันถ้ามันมีขีดความสามารถ
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
อย่างที่เปลือกเป๋าฮื้อมี
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
ในขอบข่ายของความสามารถ
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
ในการสร้างโครงสร้างที่ยอดเยี่ยมเป็นที่สุด
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
ที่ความดันและอุณหภูมิห้อง
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
โดยใช้สารเคมีที่ไม่เป็นพิษ
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
และสร้างวัสดุที่ไม่เป็นพิษกลับคืนสู่สิ่งแวดล้อม?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
ฉะนั้น นั่นก็คือวิสัยทัศน์ที่ดิฉันได้มองภาพไว้ค่ะ
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
และถ้าเช่นนั้นแล้ว จะเป็นยังไงถ้าเราสามารถสร้างแบตเตอรี่ขึ้นมาได้ในจานเพาะเชื้อ?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
หรือ จะเป็นยังไงนะถ้าเราสามารถใส่ข้อมูลพันธุกรรมเข้าไปในแบตเตอรี่
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
เพื่อให้มันทำงานได้ดียิ่งๆขึ้นไป
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
ตามเวลาที่ผ่านไป
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
และก็เป็นแบบนั้นได้แบบเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมด้วย?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
ถ้างั้น กลับไปที่เปลือกเป๋าฮื้อนี้ก่อน
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
นอกจากจะมีโครงสร้างนาโน
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
ซึ่งเป็นอย่างหนึ่งหละที่น่าทึ่ง
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
เมื่อหอยเป๋าฮื้อตัวผู้กับตัวเมียมาอยู่ด้วยกัน
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
มันส่งผ่านข้อมูลพันธุกรรม
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
ที่บอกว่า "นี่คือวิธีสร้างวัสดุที่ยอดเยี่ยม
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
นี่คือวิธีที่จะทำได้ในความดันและอุณหภูมิห้อง
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
โดยใช้วัสดุที่ไม่มีพิษ"
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
เหมือนกับตัวไดอะตอม (diatom) ซึ่งนำเสนอไว้ตรงนี้ มีโครงสร้างของแก้ว
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
ทุกๆครั้งที่ไดอะตอมแบ่งตัว
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
พวกมันใส่ข้อมูลพันธุกรรมที่บอกว่า
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"นี่เป็นวิธีทำแก้วในมหาสมุทร
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
ที่เป็นโครงสร้างนาโนสมบูรณ์แบบ
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
และเธอก็สามารถทำแบบนี้ได้เช่นเดียวกัน ครั้งแล้วครั้งเล่า"
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
แล้วจะเป็นยังไงถ้าหากว่าเราสามารถทำเหมือนๆกันนี้ได้
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
กับเซลล์แสงอาทิตย์หรือแบตเตอรี่?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
ดิฉันชอบพูดว่าวัสดุชีวภาพชิ้นโปรดของดิฉันคือลูกวัย 4 ขวบของดิฉันค่ะ
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
แต่ใครก็ตามที่เคยมีหรือเคยรู้เกี่ยวกับเด็กเล็กๆ
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
จะรู้ว่าพวกเขาเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อ
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
และงั้นถ้าเราอยากจะโน้มน้าวพวกเขา
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
ให้ทำอะไรที่พวกเขาไม่อยากทำ ช่างเป็นเรื่องยากเย็นเหลือเกินค่ะ
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
เพราะฉะนั้น เมื่อเราคิดไปถึงเทคโนโลยีแห่งอนาคต
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
เราจึงต้องคิดไปถึงการใช้แบคทีเรียกับไวรัส
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
สิ่งมีชีวิตพื้นๆธรรมดาๆ
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
แล้วเราจะโน้มน้าวให้มันทำงานกับเครื่องมือใหม่ๆได้ยังไง
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
ที่จะทำให้มันสามารถสร้างโครงสร้าง
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
ที่จะมีความสำคัญกับดิฉัน?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
อีกอย่าง เราคิดไปถึงเทคโนโลยีแห่งอนาคต
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
เราเริ่มต้นกันด้วยการอุบัติขึ้นของโลก
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
พื้นๆนะคะ ใช้เวลาเป็นพันล้านปีกว่าที่จะ
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
มีสิ่งมีชีวิตก่อกำเนิดขึ้นมาในโลก
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
และในเวลาอันสั้นๆ พวกมันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
สิ่งมีชีวิตพวกนี้แบ่งตัวได้ ใช้การสังเคราะห์แสง
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
เป็นวิธีให้ได้มาซึ่งแหล่งพลังงาน
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
แต่มาเมื่อราว 500 ล้านปีก่อนนี่เอง
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
ซึ่งอยู่ช่วงเวลาของยุคแคมเบรียน (Cambrian)
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
ที่สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรเริ่มสร้างวัสดุที่มีความแข็ง
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
ก่อนหน้านั้น พวกมันนุ่มนิ่มเป็นปุยเบา
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
และในช่วงเวลานั้นนั่นเอง
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
ที่มีปริมาณแคลเซียมกับเหล็ก
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
และซิลิคอนเพิ่มมากขึ้นในสิ่งแวดล้อม
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
และสิ่งมีชีวิตเรียนรู้วิธีสร้างวัสดุที่มีความแข็ง
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
แล้วนั่นก็เป็นสิ่งที่ดิฉันอยากจะทำให้ได้
03:12
convince biology
78
177000
2000
ซึ่งก็คือการโน้มน้าวให้ชีววิทยา
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
มาทำงานร่วมกับตารางธาตุทั้งหมดที่เหลือค่ะ
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
ตอนนี้ถ้าเราลองมาดูที่ชีววิทยา
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
มีโครงสร้างที่คล้ายดีเอ็นเอกับสารภูมิต้านทาน (antibody)
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
และโปรตีนกับไรโบโซมที่เราได้ยินกันมา
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
ที่ต่างก็เป็นโครงสร้างระดับนาโนกันอยู่แล้ว
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
ดังนั้นธรรมชาติได้ให้
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
โครงสร้างที่ยอดเยี่ยมจริงแท้มากับเราแล้วในระดับนาโน
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
แล้วจะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถควบคุมมันได้
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
และสามารถโน้มน้าวให้มันอย่าได้กลายเป็นภูมิต้านทาน
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
ที่ทำให้เกิดอะไรแบบเดียวกับเชื้อเอชไอวี?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
แต่จะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถโน้มน้าวให้มัน
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
มาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ให้เราได้?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
งั้นนี่เป็นตัวอย่างบางส่วนนะคะ เป็นเปลือกหอยจากธรรมชาติ
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
ที่จัดเป็นวัสดุทางชีววิทยาที่มาจากธรรมชาติ
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
เปลือกเป๋าฮื้อนี่ -- และถ้าเราหักมันให้แตกออก
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
เราก็จะเห็นความจริงว่ามันเป็นโครงสร้างระดับนาโน
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
มีพวกไดอะตอมที่ประกอบด้วยซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2)
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
และพวกมันเป็น "แบคทีเรียแม่เหล็ก" (magnetotactic bacteria)
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
ที่สร้างแม่เหล็กขนาดเล็กเรียงตัวแถวเดี่ยวเพื่อใช้สำหรับนำทาง
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
สิ่งมีชีวิตพวกนี้มีสิ่งที่เหมือนกัน
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
ก็คือวัสดุพวกนี้เป็นโครงสร้างในระดับนาโน
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
และพวกมันมีลำดับพันธุกรรม
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
ที่มีรหัสสำหรับสร้างลำดับโปรตีน
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
ที่เป็นพิมพ์เขียวให้พวกมัน
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
สามารถสร้างโครงสร้างพวกนี้ที่น่าอัศจรรย์อย่างยิ่ง
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
ตอนนี้ กลับมาที่เปลือกเป๋าฮื้อกันก่อน
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
เป๋าฮื้อสร้างเปลือกด้วยการมีโปรตีน
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
โปรตีนมีประจุลบสูงมาก
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
และมันสามารถถึงเอาแคลเซียมมาจากสิ่งแวดล้อม
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
มาเรียงเป็นชั้นแคลเซียมและต่อด้วยคาร์บอเนต เป็นแคลเซียมกับคาร์บอเนต (หินปูน)
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
เป็นลำดับสารเคมีของกรดอะมิโน
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
ที่บอกว่า "นี่เป็นวิธีสร้างโครงสร้าง
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
นี่คือลำดับพันธุกรรม นี่คือลำดับโปรตีน
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
ที่จะใช้ในการสร้าง"
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
และดังนั้น แนวคิดที่น่าสนใจก็คือ จะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถเอาวัสดุอะไรก็ได้ที่เราอยากได้
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
หรือธาตุใดก็ได้ในตารางธาตุ
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
แล้วหาลำดับพันธุกรรมที่สมนัยกัน
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
แล้วป้อนรหัสเพื่อสร้างลำดับโปรตีนที่สมนัยกัน
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
ที่จะสร้างโครงสร้าง แต่ไม่ใช่สร้างเปลือกเป๋าฮื้อนะคะ
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
แต่สร้างอะไรบางอย่างที่ ด้วยวิถีธรรมชาติ
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
ไม่เคยมีโอกาสที่จะได้ทำแบบนั้นมาก่อน
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
และนี่ก็คือตารางธาตุ
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
ดิฉันรักตารางธาตุจับจิตจับใจค่ะ
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
ทุกๆปี สำหรับนักศึกษาชั้นปี 1 ที่เข้ามาเรียนที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเสตต์ (MIT)
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
ดิฉันจะทำตารางธาตุที่เขียนว่า
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"ยินดีต้อนรับสู่ MIT ตอนนี้เธอจะมีธาตุแท้ๆของตัวเอง"
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
ถ้ากลับด้านก็จะเป็นกรดอะมิโน
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
พร้อมกับความเป็นกรดด่างที่ต่างก็มีประจุแตกต่างกัน
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
และดิฉันก็จะแจกจ่ายไปยังนักศึกษาเป็นพันๆ
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
ดิฉันรู้ค่ะว่ามันเขียนว่า MIT และที่นี่คือ สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech)
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
แต่ดิฉันทำเกินมาสองสามอันถ้าใครอยากได้
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
และดิฉันก็โชคดีมากเหลือเกิน
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
ที่ปีนี้ ท่านประธานาธิบดีโอบามา มาเยี่ยมชมห้องทดลองของดิฉันด้วย
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
ในช่วงที่ท่านมาเยี่ยมชม MIT
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
และดิฉันก็อยากจะมอบตารางธาตุให้แก่ท่านมากๆเลย
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
ดิฉันก็เลยไม่หลับไม่นอนทั้งคืนและบอกกับสามีว่า
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"ฉันจะเอาตารางธาตุนี้ไปให้ท่านประธานาธิบดีโอบามาได้ยังไง?
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
แล้วจะทำไงล่ะถ้าท่านบอกว่า 'อ๋อ ผมมีอันนึงแล้วหละ'
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
หรือไม่ก็ 'ผมท่องจำได้หมดแล้ว' ?"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
พอเขามาเยี่ยมห้องทดลองของดิฉัน
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
แล้วสำรวจไปทั่วห้อง -- เป็นการเยี่ยมชมที่เยี่ยมมากค่ะ
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
แล้วต่อมาหลังจากนั้น ดิฉันก็ว่า
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"ท่านคะ ดิฉันมีความประสงค์จะมอบตารางธาตุนี่แด่ท่านค่ะ
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
ในกรณีว่าท่านเกิดเผชิญปัญหาและจำเป็นต้องคำนวณน้ำหนักโมเลกุล"
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
และดิฉันคิดว่าน้ำหนักโมเลกุลฟังดูวิชาการน้อยกว่า
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
ค่ามวลโมล (molar mass) มากอยู่
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
แล้วท่านก็มองดูตารางธาตุ
05:44
and he said,
146
329000
2000
และบอกว่า "ขอบคุณครับ
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"ผมจะใส่ตารางธาตุในตารางเวลาของผมเป็นพักๆนะครับ"
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(เสียงหัวเราะ)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(เสียงปรบมือ)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
และต่อมาในช่วงที่ท่านบรรยายเรื่องพลังงานสะอาด
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
ท่านก็หยิบมันขึ้นมาแล้วกล่าวว่า
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"และผู้คนที่ MIT นี่พวกเขาแจกจ่ายตารางธาตุกันครับ"
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
เอาหละค่ะ จริงๆแล้วสิ่งที่ดิฉันไม่ได้บอกคุณ
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
ก็คือ ราว 500 ล้านปีก่อน สิ่งมีชีวิตได้เริ่มสร้างวัสดุ
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
แต่ใช้เวลาอีกราว 50 ล้านปีกว่าจะทำได้ดี
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
แล้วก็ใช้เวลาอีกราว 50 ล้านปี
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
ในการเรียนรู้ที่จะสร้างเปลือกเป๋าฮื้อได้อย่างสมบูรณ์แบบ
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
และนั่นก็จะยากมากเลยที่จะชวนนักศึกษา ป.โท-เอก มาร่วมงานด้วย
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"อาจารย์มีโครงการสุดยอดมาก -- ใช้เวลา 50 ล้านปีนะ"
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
และดังนั้น เราจึงต้องพัฒนาวิธีการ
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
ที่จะพยายามเร่งกระบวนการให้เร็วมากขึ้น
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
เพราะงั้น เราจึงใช้ไวรัสที่เป็นไวรัสไม่มีพิษ
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
ชื่อว่า ไวรัสทำลายแบคทีเรีย เอ็มสิบสาม (M13 bacteriophage)
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
งานของมันก็คือแพร่เชื้อใส่แบคทีเรีย
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
มันมีโครงสร้างพันธุกรรมที่พื้นๆมาก
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
ที่เราสามารถเข้าไปตัดออกแล้วใส่
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
ลำดับพันธุกรรมเพิ่มให้มัน
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
การทำแบบนั้นทำให้ไวรัส
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
สามารถแสดงลำดับโปรตีนออกมาแบบสุ่ม
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
และนั่นเป็นเทคโนโลยีชีวภาพที่ง่ายมากๆค่ะ
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
และเราก็อาจทำแบบนี้ได้เป็นพันล้านครั้ง
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
ดังนั้น เราเข้าไปตกแต่งดีเอ็นเอให้ไวรัสเป็นพันล้าน
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
ซึ่งมันมีสารพันธุกรรมเหมือนๆกัน
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
แต่ต่างกันตรงที่แต่ละตัวจะใช้รหัสพันธุกรรมจาก
06:49
on one sequence
175
394000
2000
ลำดับพันธุกรรมอันเดียว
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
ที่จะป้อนรหัสสร้างลำดับโปรตีนอันหนึ่ง
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
ถ้าเราเอาไวรัสทั้งพันล้าน
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
แล้วใส่เข้าไปในของเหลวขนาดหนึ่งหยด
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
เราก็สามารถบังคับให้มันทำปฏิกิริยากับอะไรก็ตามจากตารางธาตุที่เราต้องการ
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
และด้วยกระบวนการคัดเลือกทางวิวัฒนาการ
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
เราสามารถดึงเอามาเพียงแค่ตัวเดียวในพันล้านตัว ตัวที่ทำในสิ่งที่เราอยากให้ทำ
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
เช่นทำแบตเตอรี่ หรือทำเซลล์แสงอาทิตย์
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
โดยพื้นฐานแล้ว ไวรัสไม่สามารถแบ่งตัวได้ มันจำเป็นต้องอาศัยสิ่งมีชีวิตอื่น
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
พอเราเจอตัวที่ "ใช่" จากพันล้านตัวนั่นแล้ว
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
เราก็ใส่มันเข้าไปให้แพร่เชื้อในแบคทีเรีย
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
แล้วเราก็จะได้ไวรัสออกมาเป็นล้านๆ เป็นพันล้าน
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
ที่มีลำดับพันธุกรรมแบบนั้น
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
อีกสิ่งหนึ่งที่เป็นความสวยงามของชีววิทยา
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
ก็คือ ชีววิทยาทำให้คุณมีโครงสร้างที่ยอดเยี่ยมเป็นที่สุด
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
ในขนาดที่สามารถนำใช้ได้ดี
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
ไวรัสพวกนี้ตัวยาวผอมเพรียว
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
และเราสามารถทำให้มันแสดงออกถึงความสามารถ
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
ในการสร้างอะไรอย่าง สารกึ่งตัวนำ (semiconductor)
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
หรือ วัสดุสำหรับแบตเตอรี่
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
นี่เป็นแบตเตอรี่กำลังสูงที่เราสร้างขึ้นมาในห้องทดลอง
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
เราสร้างไวรัสที่ไปจับเอาท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube)
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
ส่วนหนึ่งของไวรัสไปจับเอาท่อนาโนคาร์บอน
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
อีกส่วนมีลำดับพันธุกรรม
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
ที่สามารถสร้างวัสดุที่เป็นขั้วไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
แล้วถัดมามันก็เชื่อมต่อตัวมันเองเข้ากับตัวเก็บกระแสไฟฟ้า
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
เพราะฉะนั้น ด้วยกระบวนการคัดเลือกทางวิวัฒนาการ
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
เราเปลี่ยนไวรัสที่สร้างแบตเตอรี่คุณภาพแย่
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
ไปเป็นไวรัสที่สร้างแบตเตอรี่คุณภาพดี
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
ไปเป็นไวรัสที่สร้างแบตเตอรี่กำลังสูงกว่าแบตเตอรี่ที่เราเคยมีมา
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
แล้วทั้งหมดนี้ก็ทำในอุณหภูมิห้อง แล้วก็ทำกันที่บนโต๊ะนี่แหละค่ะ
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
แล้วแบตเตอรี่นั่นก็เดินทางไปทำเนียบขาวในงานแถลงข่าว
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
ดิฉันพกติดตัวมาที่นี่ด้วยนะ
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
คุณจะเห็นว่ามันอยู่ในกล่องนี้ค่ะ -- กำลังจ่ายไฟให้หลอดแอลอีดี (LED)
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
คราวนี้ถ้าเราสามารถทำให้มันใหญ่ขึ้น
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
เราก็จะสามารถใช้มัน
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
ขับเคลื่อนรถพรีอุส (Toyota Prius) ให้เราได้
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
ซึ่งเป็นความฝันของดิฉันค่ะ ความฝันที่จะขับรถที่ขับเคลื่อนด้วยไวรัส
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
แต่จริงๆแล้ว
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
เราสามารถดึงไวรัสตัวนึงออกมาจากพันล้านตัว
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
แล้วทำให้มันเพิ่มจำนวนขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
จริงๆแล้ว เราเพิ่มจำนวนครั้งเดียวในห้องทดลอง
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
จากนั้นเราก็ทำให้มันประกอบชิ้นส่วนด้วยตัวเอง
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
ให้เป็นโครงสร้างอย่างเช่นแบตเตอรี่
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
เราทำแบบนี้ได้ด้วยการเร่งปฏิกิริยาเคมี (catalysis) ได้ด้วย
08:34
This is the example
220
499000
2000
นี่เป็นตัวอย่าง
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
ของการแยกโมเลกุลน้ำด้วยการเร่งปฏิกิริยาเคมีด้วยแสง
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
และสิ่งที่พวกเราสามารถทำกันมาได้
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
ก็คือสร้างไวรัสที่ไปจับเอาโมเลกุลที่ดูดสีย้อม
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
แล้วเอามาเรียงไว้ที่พื้นผิวหน้าของมัน
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
ให้ทำหน้าที่เป็นเหมือนเสาอากาศ
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
แล้วเราก็ส่งผ่านพลังงานข้ามไวรัสได้
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
จากนั้นเราก็ใส่ยีนส์ตัวที่สองเข้าไป
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
ให้สร้างวัสดุอนินทรีย์
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
ที่จะใช้ในการแยกโมเลกุลน้ำ
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
ให้เป็นออกซิเจนกับไฮโดรเจน
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
ที่สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสะอาดได้
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
และดิฉันเอาตัวอย่างมากับดิฉันด้วยในวันนี้
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
นักศึกษาของดิฉันสัญญากับดิฉันไว้ว่ามันจะทำงานได้แน่
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
นี่เป็นสายไฟระดับนาโนที่ไวรัสประกอบขึ้นมา
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
พอเราฉายไฟลงไป เราจะเห็นว่ามันปล่อยฟองออกมา
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
ในกรณีนี้ เราจะเห็นฟองออกซิเจนลอยออกมา
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
และจริงๆแล้วก็ควบคุมด้วยยีนส์
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
เราสามารถควบคุมวัสดุพร้อมกันหลายชนิดเพื่อยกระดับสมรรถนะของอุปกรณ์
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
ตัวอย่างสุดท้ายเป็นเซลล์แสงอาทิตย์
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
เราใช้เทคนิคนี้กับเซลล์แสงอาทิตย์ได้เช่นกัน
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
กลุ่มวิจัยของดิฉันสามารถสร้างไวรัส
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
ที่ไปจับเอาท่อนาโนคาร์บอน
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
แล้วมาสร้างไทเทเนียมไดออกไซด์รอบๆตัวมัน
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
เพื่อใช้เป็นวิธีดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวอุปกรณ์
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
แล้วเราได้ค้นพบว่า ด้วยพันธุวิศกรรม
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
เราสามารถจะเพิ่ม
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์พวกนี้
09:41
to record numbers
248
566000
2000
ได้สูงเป็นประวัติการณ์
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
สำหรับระบบประเภทที่สนองตอบกับสีย้อม
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
และดิฉันก็ติดมาด้วยอันนึง
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
ที่คุณๆสามารถมาลองเล่นดูได้ ข้างนอกหลังจบบรรยายค่ะ
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
ดังนั้น นี่ก็คือเซลล์แสงอาทิตย์ที่อาศัยไวรัส
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
ด้วยวิวัฒนาการและการคัดเลือก
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
เราพัฒนาประสิทธิภาพเซลล์แสงอาิทิตย์จากประสิทธิภาพร้อยละ 8
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
ไปเป็นร้อยละ 11
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
ฉะนั้น ดิฉันหวังค่ะว่าดิฉันจะโน้มน้าวให้คุณเชื่อ
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
ได้ว่ามีอะไรอีกมากมายที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งที่เราสามารถเรียนรู้
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
เกี่ยวกับว่าธรรมชาติสร้างวัสดุต่างๆมาได้อย่างไร
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
แล้วนำมาพัฒนาประยุกต์ใช้
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
ดูว่าเราจะทำได้หรือไม่ที่จะสามารถ
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
ผลักดัน หรือฉกฉวยเอาวิธีการที่ธรรมชาติสร้างวัสดุต่างๆ
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
มาสร้างเป็นอะไรที่ธรรมชาติเองไม่แม้แต่จะวาดฝันไว้ว่าสามารถทำขึ้นมาได้จริง
10:17
Thank you.
263
602000
2000
ขอบคุณค่ะ
ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineerAngela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials.
Why you should listen
With a bachelors in Creative Studies and a Ph.D. in Inorganic Chemistry, Angela Belcher has made a career out of finding surprising and innovative solutions to energy problems.
As head of the Biomolecular Materials Group at MIT, Belcher brings together the fields of materials chemistry, electrical engineering and molecular biology to engineer viruses that can create batteries and clean energy sources. A MacArthur Fellow, she also founded Cambrios Technologies, a Cambridge-based startup focused on applying her work with natural biological systems to the manufacture and assembly of electronic, magnetic and other commercially important materials. TIME magazine named her a climate-change hero in 2007.
Watch an animation of Angela Belcher's life story >>
Angela Belcher | Speaker | TED.com