TEDGlobal 2012
Manu Prakash: A 50-cent microscope that folds like origami
Ману Пракаш: Мікроскоп за 50 центів, що складається як орігамі
Filmed:
Readability: 4.1
2,182,867 views
Ви колись складали паперову ляльку або лебедя з орігамі? Стипендіат програми TED Fellow Ману Пракаш і його команда створили паперовий мікроскоп, який так само просто складати і використовувати. Блискуча демонстрація, що показує, як цей винахід може здійснити переворот у галузі охорони здоров'я у розвиткових країнах ... і перетворити що завгодно у веселий, практичний науковий експеримент.
Manu Prakash - Physicist, inventor
TED Fellow Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health. Full bio
TED Fellow Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
The year is 1800.
0
747
2323
1800 рік.
00:15
A curious little invention is being talked about.
1
3070
3056
Всі говорять про дивний невеличкий винахід.
00:18
It's called a microscope.
2
6126
3081
Він зветься мікроскоп.
00:21
What it allows you to do
3
9207
1779
Він дає вам змогу
00:22
is see tiny little lifeforms
4
10986
2642
бачити крихітні форми життя,
00:25
that are invisible to the naked eye.
5
13628
2487
що їх не видно неозброєним оком.
00:28
Soon comes the medical discovery
6
16115
2028
Незабаром зробили медичне відкриття -
00:30
that many of these lifeforms are actually causes
7
18143
3085
чимало з тих живих організмів спричиняють
00:33
of terrible human diseases.
8
21228
2191
жахливі людські хвороби.
00:35
Imagine what happened to the society
9
23419
2785
Уявіть собі, що трапилося з людьми,
00:38
when they realized
10
26204
1988
коли вони збагнули,
00:40
that an English mom in her teacup
11
28192
2816
що англійська матінка пила зі свого горнятка
00:43
actually was drinking a monster soup,
12
31008
3136
не чай, а суп зі страховиськ.
00:46
not very far from here. This is from London.
13
34144
3149
То було недалеко звідси. В Лондоні.
00:49
Fast forward 200 years.
14
37293
2842
Минуло 200 років.
00:52
We still have this monster soup around,
15
40135
2132
Ми так і не позбулися цього супу з потвор,
00:54
and it's taken hold in the developing countries
16
42267
2855
він міцно засів у розвиткових країнах
00:57
around the tropical belt.
17
45122
2416
уздовж тропічного поясу.
00:59
Just for malaria itself,
18
47538
2563
Сама лише малярія
01:02
there are a million deaths a year,
19
50101
2445
забирає мільйон життів щороку,
01:04
and more than a billion people
20
52546
1746
а понад мільярд людей
01:06
that need to be tested because they are at risk
21
54292
2648
мають пройти обстеження, бо вони ризикують
01:08
for different species of malarial infections.
22
56940
3235
заразитися різними видами малярійних інфекцій.
01:12
Now it's actually very simple to put a face
23
60175
2811
Багатьом із цих страховиськ
01:14
to many of these monsters.
24
62986
1795
можна дуже легко підібрати обличчя.
01:16
You take a stain, like acridine orange
25
64781
2627
Візьміть барвник - оранжевий акридин,
01:19
or a fluorescent stain or Giemsa,
26
67408
2117
флюоресцентний барвник або барвник Ґімза -
01:21
and a microscope, and you look at them.
27
69525
3113
та мікроскоп, і погляньте на цих почвар.
01:24
They all have faces.
28
72638
2380
Всі вони мають обличчя.
01:27
Why is that so, that Alex in Kenya,
29
75018
2638
Тоді чому Алекс із Кенії,
01:29
Fatima in Bangladesh, Navjoot in Mumbai,
30
77656
3228
Фатіма з Бангладешу, Навджут із Мумбаї,
01:32
and Julie and Mary in Uganda still wait months
31
80884
3421
і Джулі та Мері з Уганди місяцями чекають,
01:36
to be able to diagnose why they are sick?
32
84305
3579
поки в них діагностують хворобу?
01:39
And that's primarily because scalability
33
87884
3026
Насамперед тому, що діагностики
01:42
of the diagnostics is completely out of reach.
34
90910
3032
потребує стільки людей, що їх неможливо всіх охопити.
01:45
And remember that number: one billion.
35
93942
3916
Запам'ятайте цю цифру: один мільярд.
01:49
The problem lies with the microscope itself.
36
97858
3901
Проблема - в самому мікроскопі.
01:53
Even though the pinnacle of modern science,
37
101759
2376
Так, дослідницькі мікроскопи - це вінець сучасної науки,
01:56
research microscopes are
not designed for field testing.
not designed for field testing.
38
104135
3135
але вони не підходять для практичної діагностики.
01:59
Neither were they first designed
39
107270
1680
Та й їх із самого початку не створювали
02:00
for diagnostics at all.
40
108950
2151
для діагностики.
02:03
They are heavy, bulky, really hard to maintain,
41
111101
3388
Ці мікроскопи важкі, громіздкі, потребують догляду
02:06
and cost a lot of money.
42
114489
2301
і чимало коштують.
02:08
This picture is Mahatma Gandhi in the '40s
43
116790
3405
На цьому фото Магатма Ґанді в 40-х роках
02:12
using the exact same setup
that we actually use today
that we actually use today
44
120195
3294
використовує точнісінько такий самий прилад, як ми сьогодні,
02:15
for diagnosing T.B. in his ashram
45
123489
2684
щоб діагностувати туберкульоз. Це відбувається в його ашрамі
02:18
in Sevagram in India.
46
126173
2445
у Севаґрамі, що в Індії.
02:20
Two of my students, Jim and James,
47
128618
3327
Двоє моїх студентів, Джим і Джеймс,
02:23
traveled around India and Thailand,
48
131945
2320
мандрували Індією і Таїландом,
02:26
starting to think about this problem a lot.
49
134265
2252
міркуючи над цією проблемою.
02:28
We saw all kinds of donated equipment.
50
136517
2475
Ми бачили купу різних подарованих приладів.
02:30
We saw fungus growing on microscope lenses.
51
138992
2912
Бачили, як на лінзах для мікроскопа росте грибок.
02:33
And we saw people who had a functional microscope
52
141904
2195
І бачили людей, які мали справний мікроскоп,
02:36
but just didn't know how to even turn it on.
53
144099
2951
але й гадки не мали, як його ввімкнути.
02:39
What grew out of that work and that trip
54
147050
2640
З тієї нашої праці та мандрівки
02:41
was actually the idea of what we call Foldscopes.
55
149690
3751
виникла ідея так званого складоскопа (Foldscope).
02:45
So what is a Foldscope?
56
153441
1823
Що таке складоскоп?
02:47
A Foldscope is a completely functional microscope,
57
155264
3549
Складоскоп - це цілком справний мікроскоп,
02:50
a platform for fluorescence, bright-field,
58
158813
3130
платформа для флюоресценції, світлого поля,
02:53
polarization, projection,
59
161943
1575
поляризації, проекції
02:55
all kinds of advanced microscopy
60
163518
2568
та всіх інших видів сучасної мікроскопії,
02:58
built purely by folding paper.
61
166086
3215
зроблена зі складеного паперу.
03:01
So, now you think, how is that possible?
62
169301
2861
Ви мабуть дивуєтесь, як таке може бути?
03:04
I'm going to show you some examples here,
63
172162
1963
Я покажу вам кілька зразків,
03:06
and we will run through some of them.
64
174125
1801
подивимось на них.
03:07
It starts with a single sheet of paper.
65
175926
3784
Все починається з одного аркуша паперу.
03:11
What you see here is all the possible components
66
179710
3371
Тут є всі можливі компоненти,
03:15
to build a functional bright-field
and fluorescence microscope.
and fluorescence microscope.
67
183081
4425
щоб збудувати діючий мікроскоп з флюоресценцією та світлим полем.
03:19
So, there are three stages:
68
187506
1809
Є три частини:
03:21
There is the optical stage, the illumination stage
69
189315
2749
оптична, освітлювальна
03:24
and the mask-holding stage.
70
192064
2468
і предметна.
03:26
And there are micro optics at the bottom
71
194532
1872
А внизу є мікрооптика,
03:28
that's actually embedded in the paper itself.
72
196404
2874
вбудована в сам папір.
03:31
What you do is, you take it on,
73
199278
2504
Що ви робите? Берете цей аркуш,
03:33
and just like you are playing like a toy,
74
201782
2776
так ніби бавитеся з іграшкою,
03:36
which it is,
75
204558
3087
а це так і є,
03:40
I tab it off,
76
208584
3030
я відриваю частини по контурах
03:47
and I break it off.
77
215039
2182
і витискаю їх.
03:49
This paper has no instructions and no languages.
78
217221
2724
На аркуші немає ніяких інструкцій і пояснень.
03:51
There is a code, a color code embedded,
79
219945
2319
Натомість він розмальований у кодові кольори,
03:54
that tells you exactly how to
fold that specific microscope.
fold that specific microscope.
80
222264
4611
які вказують, як скласти кожен конкретний мікроскоп.
03:58
When it's done, it looks something like this,
81
226875
2649
Коли все готово, наш пристрій виглядає ось так
04:01
has all the functionalities of a standard microscope,
82
229524
2731
і має всі можливості звичайного мікроскопа,
04:04
just like an XY stage,
83
232255
1881
наприклад, предметний столик, який рухається вздовж осі X та осі Y,
04:06
a place where a sample slide could go,
84
234136
4421
і місце, куди можна покласти предметне скло,
04:10
for example right here.
85
238557
2540
наприклад, ось тут.
04:13
We didn't want to change this,
86
241097
1512
Ми не хотіли нічого міняти,
04:14
because this is the standard
87
242609
1372
бо це стандарт,
04:15
that's been optimized for over the years,
88
243981
1853
який удосконалювали не один рік,
04:17
and many health workers are actually used to this.
89
245834
2696
і до якого звикли чимало медичних працівників.
04:20
So this is what changes,
90
248530
1461
Змінюється ось це,
04:21
but the standard stains all remain the same
91
249991
2167
але стандартні барвники залишаються такими самими
04:24
for many different diseases.
92
252158
1775
для багатьох різних хвороб.
04:25
You pop this in.
93
253933
2932
Ви вставляєте це сюди.
04:28
There is an XY stage,
94
256865
3886
Тут є предметний столик, який рухається вздовж осі X та осі Y,
04:32
and then there is a focusing stage,
95
260751
1973
і частина, що відповідає за фокусування -
04:34
which is a flexure mechanism
96
262724
1866
механізм заломлень,
04:36
that's built in paper itself that allows us to move
97
264590
2553
вбудований в сам папір, який дає змогу
04:39
and focus the lenses by micron steps.
98
267143
2981
переміщати та фокусувати лінзи з точністю до мікрона.
04:42
So what's really interesting about this object,
99
270124
2133
Цей пристрій має одну дуже цікаву властивість -
04:44
and my students hate when I do this,
100
272257
1883
мої студенти терпіти не можуть, коли я це роблю,
04:46
but I'm going to do this anyway,
101
274140
1761
але я всеодно це покажу -
04:47
is these are rugged devices.
102
275901
1956
ці штуки дуже міцні.
04:49
I can turn it on and throw it on the floor
103
277857
4577
Я можу ввімкнути її, кинути на підлогу
04:54
and really try to stomp on it.
104
282434
2952
і потупцювати на ній.
04:57
And they last, even though they're designed
105
285386
2375
Мікроскопу нічого не буде, хоча він і зроблений
04:59
from a very flexible material, like paper.
106
287761
3463
з дуже гнучкого матеріалу - паперу.
05:03
Another fun fact is, this is what we actually
107
291224
2852
І ще одна чудасія - ось що ми
05:06
send out there as a standard diagnostic tool,
108
294076
4055
посилаємо людям як стандартний прилад для діагностики,
05:10
but here in this envelope
109
298131
1769
тоді як у цьому конверті
05:11
I have 30 different foldscopes
110
299900
2391
я маю 30 різних складоскопів
05:14
of different configurations all in a single folder.
111
302291
5731
різноманітних конфігурацій - в одній лише папці.
05:20
And I'm going to pick one randomly.
112
308022
1812
Виберу один навмання.
05:21
This one, it turns out, is actually designed
113
309834
2082
Ось цей, наприклад, створено
05:23
specifically for malaria,
114
311916
1563
спеціально для малярії,
05:25
because it has the fluorescent filters built
115
313479
2311
бо в ньому вбудовано флюоресцентні фільтри,
05:27
specifically for diagnosing malaria.
116
315790
2097
призначені для діагностики малярії.
05:29
So the idea of very specific diagnostic microscopes
117
317887
3928
Звідси походить ідея створення
05:33
comes out of this.
118
321815
1766
мікроскопів, здатних діагностувати конкретні хвороби.
05:35
So up till now, you didn't actually see
119
323581
2939
Ви ще не бачили на власні очі,
05:38
what I would see from one of these setups.
120
326520
2957
що бачу я крізь ці пристрої.
05:41
So what I would like to do is,
121
329477
1681
Тому я хочу попросити,
05:43
if we could dim the lights, please,
122
331158
1626
погасіть, будь ласка, світло,
05:44
it turns out foldscopes are
also projection microscopes.
also projection microscopes.
123
332784
3665
бо складоскопи є ще й проекційними мікроскопами.
05:48
I have these two microscopes that I'm going to turn --
124
336449
2534
Я візьму ці два мікроскопи, поверну їх -
05:50
go to the back of the wall --
125
338983
1753
відступлю назад до стіни -
05:52
and just project, and this way you will see
126
340736
1708
і просто спроектую зображення, щоб ви побачили
05:54
exactly what I would see.
127
342444
2120
точно те саме, що і я.
05:56
What you're looking at --
128
344564
1786
Те, на що ви дивитеся -
05:58
(Applause) —
129
346350
2383
(Оплески) -
06:00
This is a cross-section of a compound eye,
130
348733
2636
це поперечний переріз фасеточного ока.
06:03
and when I'm going to zoom in closer, right there,
131
351369
2351
Я збільшу зображення, ось тут,
06:05
I am going through the z-axis.
132
353720
2244
я рухаюся вздовж вертикальної осі.
06:07
You actually see how the lenses are cut together
133
355964
3024
Ви бачите, як тримаються укупі лінзи
06:10
in the cross-section pattern.
134
358988
1573
в поперечному перерізі.
06:12
Another example, one of my favorite insects,
135
360561
2556
Ще один приклад - одна з моїх улюблених комах,
06:15
I love to hate this one,
136
363117
1977
яку я всім серцем ненавиджу -
06:17
is a mosquito,
137
365094
1781
комар.
06:18
and you're seeing the antenna of a culex pipiens.
138
366875
3762
Це щупальце комара звичайного.
06:22
Right there.
139
370637
3363
Ось тут.
06:26
All from the simple setup that I actually described.
140
374000
4213
І все завдяки простенькому пристрою, що його я описав.
06:30
So my wife has been field testing
141
378213
1773
Моя дружина випробовує на практиці
06:31
some of our microscopes
142
379986
2000
кілька наших мікроскопів,
06:33
by washing my clothes whenever I forget them
143
381986
2481
коли пере мій одяг, який я забуваю
06:36
in the dryer.
144
384467
2029
в сушарці.
06:38
So it turns out they're waterproof, and --
145
386496
2800
Виявляється, вони водостійкі та -
06:41
(Laughter) —
146
389296
1788
(Сміх)
06:43
right here is just fluorescent water,
147
391084
2498
ось тут флюоресцентна вода,
06:45
and I don't know if you can actually see this.
148
393582
1550
щоправда, я не впевнений, що ви тут щось бачите.
06:47
This also shows you how
the projection scope works.
the projection scope works.
149
395132
2389
Тепер ви знаєте, як працює проектування.
06:49
You get to see the beam the
way it's projected and bent.
way it's projected and bent.
150
397521
3653
Ви бачите, як проектується і заломлюється промінь.
06:56
Can we get the lights back on again?
151
404199
2940
Увімкніть, будь ласка, світло.
06:59
So I'm quickly going to show you,
152
407139
1787
Тепер я розповім вам швиденько,
07:00
since I'm running out of time,
153
408926
2049
бо вже маю мало часу,
07:02
in terms of how much it costs for us to manufacture,
154
410975
2426
скільки ми витрачаємо на виробництво.
07:05
the biggest idea was roll-to-roll manufacturing,
155
413401
3080
Ми вирішили, що продукцію можна буде змотати в рулон,
07:08
so we built this out of 50 cents of parts and costs.
156
416481
3122
то ж за 50 центів у нас вийшло ось це.
07:11
(Applause)
157
419603
2859
(Оплески)
07:14
And what this allows us to do
158
422462
2095
А це дає нам змогу
07:16
is to think about a new paradigm in microscopy,
159
424557
2336
задуматися над новою парадигмою у мікроскопії,
07:18
which we call use-and-throw microscopy.
160
426893
2017
так званою одноразовою мікроскопією.
07:20
I'm going to give you a quick snapshot
161
428910
2089
Я швиденько покажу вам кілька фото
07:22
of some of the parts that go in.
162
430999
1763
частин, які входять до складоскопа.
07:24
Here is a sheet of paper.
163
432762
1459
Ось аркуш паперу.
07:26
This is when we were thinking about the idea.
164
434221
2089
Тоді ми ще міркували над концепцією.
07:28
This is an A4 sheet of paper.
165
436310
1355
Це аркуш паперу А4 формату.
07:29
These are the three stages that you actually see.
166
437665
1981
Ось три видимі частини.
07:31
And the optical components, if you
look at the inset up on the right,
look at the inset up on the right,
167
439646
3430
Щодо оптичних компонентів - ось детальніше зображення у правому верхньому куті -
07:35
we had to figure out a way to manufacture lenses
168
443076
2427
то ми мусили придумати, як швидко
07:37
in paper itself at really high throughputs,
169
445503
2312
виготовляти лінзи, вбудовані в сам аркуш.
07:39
so it uses a process of self-assembly
170
447815
1859
Отож завдяки процесу самоскупчення
07:41
and surface tension
171
449674
1112
та поверхневого натягу
07:42
to build achromatic lenses in the paper itself.
172
450786
3536
в аркуші паперу з'являються ахроматичні лінзи.
07:46
So that's where the lenses go.
173
454322
1445
Лінзи розміщені ось тут.
07:47
There are some light sources.
174
455767
1612
Є кілька джерел світла.
07:49
And essentially, in the end,
175
457379
1385
Врешті-решт
07:50
all the parts line up because of origami,
176
458764
3178
усі частини вирівнюються на одній лінії завдяки орігамі,
07:53
because of the fact that origami allows us
177
461942
3271
бо орігамі дає нам змогу
07:57
micron-scale precision of optical alignment.
178
465213
2980
відрегулювати оптику з точністю до мікрона.
08:00
So even though this looks like a simple toy,
179
468193
2629
Тому, хоч це і виглядає, як проста забавка,
08:02
the aspects of engineering that go in
180
470822
1914
техніка її виготовлення
08:04
something like this are fairly sophisticated.
181
472736
2686
доволі складна.
08:07
So here is another obvious thing that we would do,
182
475422
3235
Зазвичай ми показуємо ще одну річ.
08:10
typically, if I was going to show
183
478657
1593
Щоб довести,
08:12
that these microscopes are robust,
184
480250
1505
що ці мікроскопи міцні,
08:13
is go to the third floor and
drop it from the floor itself.
drop it from the floor itself.
185
481755
3838
я піднявся на третій поверх і кинув його вниз.
08:17
There it is, and it survives.
186
485593
3323
Ось він вже тут - і все гаразд.
08:20
So for us, the next step actually
187
488916
2177
Наш наступний крок -
08:23
is really finishing our field trials.
188
491093
1839
закінчити тестувати наші пристрої.
08:24
We are starting at the end of the summer.
189
492932
2105
Це розпочнеться наприкінці літа.
08:27
We are at a stage where we'll be
making thousands of microscopes.
making thousands of microscopes.
190
495037
2927
Ми виготовлятимемо тисячі мікроскопів.
08:29
That would be the first time where we would be
191
497964
2144
Уперше ми проводитимемо
08:32
doing field trials with the highest density
192
500108
2085
тестування з найбільшою кількістю
08:34
of microscopes ever at a given place.
193
502193
2555
мікроскопів, зібраних в одному місці.
08:36
We've started collecting data for malaria,
194
504748
2080
Ми вже збираємо дані щодо малярії,
08:38
Chagas disease and giardia from patients themselves.
195
506828
3796
хвороби Чаґаса і лямблії серед пацієнтів.
08:42
And I want to leave you with this picture.
196
510624
2094
Наостанок покажу вам ось це фото.
08:44
I had not anticipated this before,
197
512718
1925
Раніше я про це не задумувався,
08:46
but a really interesting link
198
514643
1687
але маємо дуже цікавий зв'язок
08:48
between hands-on science education
199
516330
1895
між практичними лабораторними заняттями
08:50
and global health.
200
518225
1258
і всесвітньою охороною здоров'я.
08:51
What are the tools that we're actually providing
201
519483
2926
Які інструменти ми даємо дітям,
08:54
the kids who are going to fight
202
522409
2180
які завтра боротимуться
08:56
this monster soup for tomorrow?
203
524589
1918
з цим супом зі страховиськ?
08:58
I would love for them to be able to just print out
204
526507
2358
Я б страшенно хотів, щоб вони могли просто роздрукувати
09:00
a Foldscope and carry them around in their pockets.
205
528865
2129
складоскоп і носити його з собою у кишені.
09:02
Thank you.
206
530994
2906
Дякую.
09:05
(Applause)
207
533900
4443
(Оплески)
ABOUT THE SPEAKER
Manu Prakash - Physicist, inventorTED Fellow Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health.
Why you should listen
An assistant professor of bioengineering at Stanford University, Manu Prakash is a physicist working at the molecular scale to try and understand no less than how the world really works. As he told BusinessWeek in 2010, he is humbled and inspired by nature’s own solutions to the world's biggest problems. "I build and design tools to uncover how and why biological systems so often outsmart us. I believe one day we will be able to understand the physical design principles of life on Earth, leading to a new way to look at the world we live in."
Born in Meerut, India, Prakash earned a BTech in computer science and engineering from the Indian Institute of Technology in Kanpur before moving to the United States. He did his master’s and PhD in applied physics at MIT before founding the Prakash Lab at Stanford.
Prakash's ultra-low-cost, "print-and-fold" paper microscope won a $100,000 grant from the Gates Foundaton in 2012.
Manu Prakash | Speaker | TED.com