TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
أنجيلا بلشر: استخدام الطبيعة لإنتاج البطاريات
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
بإلهام من صدفة أذن البحر، تبرمج أنجيلا بلشر فيروسات لإنشاء بنيات نانوية أنيقة يستطيع البشر استخدامها. وقد أنتجت فيروسات يمكنها تركيب بطارية جديدة قوية ووقود هيدروجيني نظيف وخلايا شمسية فائقة، بانتقاء جينات عالية الأداء عن طريق التطور المباشر. وفي TEDxCaltech ترينا كيف يتم ذلك.
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
فكرت في أن أتحدث قليلا حول كيف تصنع الطبيعة المواد.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
أحضرت معي صدفة أذن البحر.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
صدفة أذن البحر هاته مركب أحيائي
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
بكتلة نسبتها 98 في المئة من كربونات الكالسيوم
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
و2 في المئة من البروتين.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
ومع ذلك فهي أصلب بـ 3000 مرة
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
من نظيرتها الجيولوجية.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
والكثير من الناس قد يستخدمون بنيات مثل صدفة أذن البحر،
00:35
like chalk.
8
20000
2000
كطبشور.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
لطالما انبهرت بكيفية تصنيع الطبيعة للمواد،
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
وهناك الكثير من التسلسل
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
لكيفية إنجازها لوظيفة بذلك الإتقان.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
جزء منها هي أن هاته المواد
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
بنيات ماكروسكوبية،
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
لكنها تشكل على المستوى النانوي.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
تتشكل على المستوى النانوي،
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
وتستخدم بروتينات مرمزة بالمستوى الجيني
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
تسمح لها ببناء هاته البنيات المتقنة.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
وهناك أمر أظنه في غاية الروعة
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
هو ما إن أمكن وهب الحياة
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
لبنيات غير حية،
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
كالبطاريات والخلايا الشمسية؟
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
ماذا لو توفرت على بعض هاته الإمكانيات
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
التي تتوفر عليها صدفة أذن البحر،
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
من حيث القدرة
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
على بناء بنيات متقنة
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
في ضغط ودرجة حرارة الغرفة،
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
باستخدام كيماويات غير سامة
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
وإعادة مواد غير سامة للبيئة؟
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
وكذلك تلك هي الرؤية التي كنت أفكر فيها.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
إذن ماذا إن أمكن أن ننتج بطارية في طبق بتري؟
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
أو، ماذا إن أمكن إعطاء معلومات جينية لبطارية
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
بحيث يمكنها أن تصبح بالفعل أحسن
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
مع مرور الزمن،
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
والقيام بذلك بطريقة غير مؤذية للبيئة؟
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
وهكذا بالعودة إلى صدفة أذن البحر،
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
عدا كونها ذات بنية نانوية،
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
أمر مذهل
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
هو حين يجتمع ذكر وأنثى أذن البحر
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
ينقلون المعلومات الجينية
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
التي تقول، "هذه هي الطريقة لبناء مواد متقنة.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
وها هي كيفية القيام بذلك في درجة حرارة وضغط الغرفة،
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
باستخدام مواد غير سامة."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
نفس الشيء مع الدياتوم، ذي البنية الزجاجوية، والذي يشع هنا.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
في كل مرة تتكاثر الدياتوم،
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
تعطي معلومات تقول،
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"هذه كيفية بناء زجاج في المحيط
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
مبني بإتقان على المستوى النانوي.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
ويمكنك القيام به نفسه، مرارا وتكرارا."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
وبالتالي ماذا لو أمكن القيام بنفس الشيء
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
مع خلية شمسية أو بطارية؟
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
يحلو لي أن أقول أن المادة البيولوجية المفضلة عندي هي طفلي ذي الأربع سنوات.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
لكن أي شخص لديه أو يعرف طفلا صغيرا
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
يعرف أنها كائنات حية بالغة التعقيد.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
وهكذا إن أردت إقناعهم
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
للقيام بأمر لا يرغبون به، ستجده صعبا.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
وهكذا حين نفكر في التكنولوجيات المستقبيلة،
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
نفكر أساسا حول استخدام البكتيريات والفيروسات،
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
كائنات حية بسيطة.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
هي يمكنك إقناعهم بالعمل بصندوق أدوات مختلف،
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
بحيث يستطيعون تشييد بنية
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
تكون مهمة لي؟
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
كذلك، نفكر حول التكنولوجيات المستقبلية.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
نبدأ ببداية الأرض.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
استغرق الأمر أساسا، مليار سنة
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
لإيجاد حياة على الأرض.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
وبسرعة كبيرة، أصبحت متعددة الخلايا،
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
استطاعت التكاثر، استطاعت استخدام التركيب الضوئي
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
كطريقة للحصول على مصدرها الطاقي.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
لكن ذلك لم يحصل إلا قبل حوالي 500 مليون سنة --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
خلال حقبة الكمبري الجيولوجية --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
لكي تبدأ الكائنات الحية في المحيطات بإنتاج مواد صلبة.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
قبل ذلك كانت كلها بنيات ناعمة ورقيقة.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
وخلال تلك الحقبة
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
تزايد الكالسيوم والحديد
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
والسيليكون في البيئة.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
وتعلمت الكائنات الحية كيف تصنع موادا صلبة.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
وذلك هو ما أود أن أصبح قادرة على القيام به --
03:12
convince biology
78
177000
2000
إقناع الأحياء
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
للعمل مع بقية الجدول الدوري.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
الآن حين تنظرون إلى البيولوجيا،
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
هناك الكثير من البنيات كالحمض النووي ومضادات الأجسام
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
والبروتينات والريبوسومات سمعتم عنها
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
قد تم تركيبها نانويا.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
وبالتالي الطبيعة تعطينا مسبقا
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
بنيات في غاية الإتقان على المستوى النانوي.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
ماذا لو أمكننا تسخيرهم
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
وإقناعها ألا تكون مضادة للأجسام
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
تسبب شيئا كفيروس نقص المناعة المكتسبة؟
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
لكن ماذا لو أمكننا إقناعها
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
أن تبني لنا خلية شمسية؟
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
وبالتالي هنا بعض الأمثلة: هذه بعض الصدفات الطبيعية.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
هناك مواد طبيعية بيولوجية.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
صدفة أذن البحر هنا -- وإذا كسرناها،
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
يمكننا أن نرى حقيقة أنها مبنية على المستوى النانوي.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
هناك دايتومات مصنوعة من ثنائي أكسيد السيليكون،
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
وهي باكتيريا موجهة مغناطيسيا
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
تصنع مغناطيسات صغيرة وأحادية الحقل تستخدم في الملاحة.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
ما يوحد كل هذا
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
هو أن هاته المواد مبنية على المستوى النانوي،
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
ولديها تسلسل حمض نووي
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
يرمز لتسلسل البروتين،
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
والذي يعطيها المخطط الاولي
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
لتكون قادرة على بناء هاته البنيات المدهشة حقا.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
الآن، بالعودة إلى صدفة أذن البحر،
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
أذن البحر يصنع صدفته بالتوفر على هذه البروتينات.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
هذه البروتينات مشحونة بشدة سلبيا.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
ويمكنها أن تأخذ الكالسيوم من المحيط،
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
تضع طبقة من الكالسيوم ثم الكاربونات، الكالسيوم والكاربونات.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
تتوفر على التسلسل الكيميائي للأحماض الأمينية
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
والذي يقول، "هكذا يمكنك إنشاء هذه البنية.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
ها هو تسلسل الحمض النووي، ها هو تسلسل البروتين
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
للقيام بذلك."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
وهكذا فإن فكرة مثيرة للإهتمام، هي ماذا إن أمكننا أخذ أي مادة نريد،
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
أو أي عنصر نريد من الجدول الدوري،
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
ثم إيجاد تسلسل الحمض النووي الموافق له،
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
ثم ترميزه بتسلسل بروتيني موافق
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
لإنشاء بنية، لكن ليس بناء صدفة أذن البحر --
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
بناء شيء آخر، من خلال الطبيعة،
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
لم تسنح لها الفرصة أبدا للعمل معه من قبل.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
وبالتالي ها هو الجدول الدوري.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
وأنا أحب قطعا الجدول الدوري.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
في كل سنة ولحصة الطلاب الجدد القادمين للـ MIT،
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
لدي جدول دوري مطبوع عليه،
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"مرحبا في MIT. أنت الآن في عنصرك الخاص."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
وتديره، فتجد الأحماض الأمينية
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
بمستوى PH الذي تتوفر فيه على شحنات مختلفة.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
وبالتالي أعطي هذا لآلاف الأشخاص.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
وأعرف أنه مكتوب عليه MIT، وهذه Caltech،
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
لكن لدي بضع جداول إضافية إن أراده الناس.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
وقد كنت محظوظة بالفعل
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
ليزور الرئيس أوباما مختبري هذه السنة
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
في زيارته لـ MIT،
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
وقد وددت فعلا أن أعطيه جدولا دوريا.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
وبالتالي سهرت الليلة، وتحدثت مع زوجي،
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"كيف أعطي الرئيس أوباما جدولا دوريا؟
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
ماذا لو قال، 'أوه، عندي واحد مسبقا،'
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
أو، 'لقد حفظته'؟"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
وهكذا جاء لزيارة مختبري
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
ونظر حواليه -- كانت زيارة عظيمة.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
وثم بعد ذلك، قلت،
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"سيدي، أريد أن أعطيك جدولا دوريا
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
في حالة كنت في مأزق واحتجت إلى حساب الوزن الجزيئي."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
وفكرت في أن الوزن الجزيئي قد بدا أقل تعقيدا
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
من الكتلة المولية.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
وهكذا نظر إليه،
05:44
and he said,
146
329000
2000
وقال،
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"شكرا. سأنظر إليه بصفة دورية."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(ضحك)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(تصفيق)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
ولاحقا في محاضرة ألقاها حول الطاقة النظيفة،
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
سحبه وقال،
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"والناس في MIT، يمنحون الجداول الدورية."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
إذن، ما لم أخبركم هو أنه أساسا
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
قبل حوال 500 مليون سنة، بدأت الكائنات الحية في إنتاج المواد،
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
لكن ذلك استغرقهم حوالي 50 مليون سنة ليبرعوا فيه.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
استغرقهم حوالي 50 مليون سنة
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
لتعلم كيفية إتقان كيفية إنشاء صدفة أذن البحر.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
وذلك أمر صعب لطالب دراسات عليا.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"عندي مشروع عظيم -- 50 مليون سنة."
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
وهكذا كان علينا تطوير تطوير وسيلة
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
لمحاولة القيام بذلك بشكل أسرع.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
وهكذا استعملنا فيروسات غير سامة
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
تسمى عاثية M13
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
والتي مهمتها عدوى البكتيريا.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
حسنا لديها تسلسل حمض نووي بسيط
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
يمكن أن تقوم بقطع ولصق
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
تسلسل أحماض نووية إضافية إليه.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
وبالقيام بذلك، يسمح للفيروس
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
بأن يعبر عن تسلسلات بروتينية عشوائية.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
وهذه تكنولوجية حيوية في غاية البساطة.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
ويمكن أساسا القيام بهذا مليار مرة.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
وهكذا يمكن أن يصير لدينا مليار فيروس مختلف
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
كلها متطابقة جينيا،
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
لكنها تختلف عن بعضها البعض اعتمادا على أطرافها،
06:49
on one sequence
175
394000
2000
بتسلسل واحد
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
يرمز لبروتين واحد.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
الآن إن أخذنا المليار فيروس،
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
وأمكن وضعها في قطرة سائل واحدة،
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
يمكن إرغامها على التفاعل مع أي عنصر نريد من الجدول الدوري.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
ومن خلال عملية تطور انتقائي،
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
يمكن اختيار واحد من البليون يقوم بما نود إنجازه،
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
مثل إنتاج بطارية أو خلية شمسية.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
وبالتالي، الفيروسات أساسا لا يمكنها استنساخ نفسها، تحتاج إلى مضيف.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
وبمجرد أن تجد ذلك الواحد من المليار،
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
تنقله إلى بكتيريا،
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
وتنتج ملايين وملايير النسخ
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
من ذلك التسلسل بعينه.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
وبالتالي الأمر الآخر الجميل في البيولوجيا
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
هو أن البيولوجيا تعطي بنيات في غاية الإتقان
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
بجداول ربط أنيقة.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
وهذه الفيروسات هي طويلة ورقيقة،
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
ويمكن جعلها تعبر عن القدرة
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
على إنتاج أشياء مثل أشباه الموصلات
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
أو مواد للبطاريات.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
الآن هذه بطارية عالية القدرة أنتجناها في مختبري.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
صممنا فيروس ليلتقط أنابيب الكربون النانوية.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
وبالتالي جزء من الفيروس يمسك أنبوب كربون نانوي.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
الجزء الآخر من الفيروس لديه تسلسل
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
يمكنه أن ينتج مادة كهربائية قطبية لبطارية.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
ثم يربط نفسه سلكيا بمجمع التيار
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
وهكذا عن طريق تطور الإنتقاء،
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
انتقلنا من التوفر على فيروس صنع بطارية رديئة
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
إلى فيروس صنع بطارية جيدة
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
إلى فيروس صنع بطارية قياسية ذات قدرة عالية
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
كل هذا تم في درجة حرارة الغرفة، على مقاعد المختبر أساسا.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
وتلك البطارية قد ذهبت إلى البيت الأبيض من أجل مؤتمر صحفي.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
أحضرتها معي هنا.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
يمكنكم رؤيتها في هذا الصندوق -- ذاك يضيئ هذا الصمام المشع.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
الآن إن أمكننا قياس هذا،
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
يمكننا فعلا استخدامه
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
لتشغيل سيارة بريوس،
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
والذي هو حلمي -- أن أكون قادرة على قيادة سيارة تعمل بقوة الفيروسات.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
لكنه أساسا --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
يمكن أخذ واحد من المليار
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
يمكن إجراء الكثير من التضخيم عليه.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
وأساسا، يمكن إجراء تضخيم في المختبر.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
وثم نجعلها تتجمع ذاتيا
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
في بنية تشبه البطارية.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
نحن قادرون على القيام بذلك مع المحفزات.
08:34
This is the example
220
499000
2000
ها هو مثال
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
لمحفزات ضوئية مقسمة بالماء.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
وما استطعنا القيام به
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
هو تصميم فيروس ليقوم أساسا بأخذ الجزيئات التي تمتص الصباغ
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
وتصفيفهم على واجهة الفيروس
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
ليعمل كهوائي،
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
وتحصلون على انتقال طاقي على طول الفيروس.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
ثم نضيف جينة ثانية
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
لإنتاج مواد غير عضوية
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
يمكن استخدامها لتفكيك الماء
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
إلى أوكسيجين وهيدروجين،
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
والتي يمكن استخدامها في الوقود النظيف.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
وقد أحضرت معي اليوم مثالا.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
وعدني طلبتي بأنه سيشتغل.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
هذه أسلاك نانوية مجمعة عن طريق الفيروسات.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
حين تسلط عليها الضوء، يمكن أن تراها تزبد.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
في هذه الحالة، ترون الأوكسجين يتدفق.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
وعن طريق التحكم في الجينات أساسا،
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
يمكن التحكم في مواد متعددة لتحسين أداء الجهاز.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
آخر مثال هو الخلايا الشمسية.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
يمكن القيام بهذا كذلك مع الخلايا الشمسية.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
قد استطعنا تصميم فيروسات
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
لالتقاط أنابيب كربونية نانوية
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
ثم إنتاج ديوكسيد التيتانيوم حولها --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
واستخدامه كوسيلة للحصول على إلكترونات حول الجهاز.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
وما وجدناه هو أنه، عن طريق الهندسة الوراثية،
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
يمكن بالفعل زيادة
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
فاعلية هذه الخلايا الشمسية
09:41
to record numbers
248
566000
2000
لتسجيل أرقام
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
لهذه الأنواع من أنظمة خلايا غريتسل.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
وقد أحضرت معي واحدة منها كذلك
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
يمكن أن تلعبوا بها في الخارج فيما بعد.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
إذن هذه خلية شمسية مرتكزة على الفيروسات.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
عن طريق التطور والإنتقاء،
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
أخذناها من خلايا شمسية بكفاءة 8 في المئة
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
إلى خلايا شمسية بكفاءة 11 في المئة.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
إذن أتمنى أن أكون قد أقنعتكم
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
أن هناك الكثير من الأمور العظيمة والمثيرة للإهتمام يمكن تعلمها
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
حول كيف تصنع الطبيعة المواد --
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
والإنتقال بذلك إلى الخطوة الموالية
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
للتحقق من إمكانية إرغام،
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
أو إستغلال كيفية إنتاج الطبيعة للمواد،
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
لإنتاج مواد لم تحلم الطبيعة بإنشاءها بعد.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
شكرا لكم.
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