TEDGlobal 2012
Manu Prakash: A 50-cent microscope that folds like origami
Ману Пракаш: Микроскоп за 50 цента, който се сгъва като оригами
Filmed:
Readability: 4.1
2,182,867 views
Може би сте играли с хартиени кукли или сте сгъвали лебед оригами? TED Fellow Ману Пракаш и неговият екип създадоха микроскоп направен от хартия, който е също толкова лесен за сгъване и употреба. Блестяща демонстрация, която показва как това изобретение може да бъде революционно за здравеопазването в развиващите се страни... и да преобърне почти всичко в забавен, практически научен 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
Годината е 1800.
00:15
A curious little invention is being talked about.
1
3070
3056
Говори се за едно любопитно откритие.
00:18
It's called a microscope.
2
6126
3081
Името му е микроскоп.
00:21
What it allows you to do
3
9207
1779
Това, което то ви позволява
00:22
is see tiny little lifeforms
4
10986
2642
е да виждате миниатюрни форми на живот
00:25
that are invisible to the naked eye.
5
13628
2487
невидими за простото око.
00:28
Soon comes the medical discovery
6
16115
2028
Скоро идва и медицинското откритие,
00:30
that many of these lifeforms are actually causes
7
18143
3085
че много от тези форми на живот
всъщност причиняват ужасни човешки болести.
00:33
of terrible human diseases.
8
21228
2191
00:35
Imagine what happened to the society
9
23419
2785
Представете си какво се е случило в обществото,
00:38
when they realized
10
26204
1988
когато осъзнали
00:40
that an English mom in her teacup
11
28192
2816
че в чашата чай на една английска майка
00:43
actually was drinking a monster soup,
12
31008
3136
всъщнаст има супа от чудовища,
00:46
not very far from here. This is from London.
13
34144
3149
не много далеч от тук. Това е от Лондон.
00:49
Fast forward 200 years.
14
37293
2842
Нека прескочим 200 години напред.
00:52
We still have this monster soup around,
15
40135
2132
Все още имаме същата супа от чудовища,
00:54
and it's taken hold in the developing countries
16
42267
2855
и тя владее развиващите се страни
00:57
around the tropical belt.
17
45122
2416
около тропическия пояс.
00:59
Just for malaria itself,
18
47538
2563
Само маларията
01:02
there are a million deaths a year,
19
50101
2445
причинява милион смъртни случая на година,
01:04
and more than a billion people
20
52546
1746
и повече от един милиард души
01:06
that need to be tested because they are at risk
21
54292
2648
трябва да се изследват, защото подлежат на риск
01:08
for different species of malarial infections.
22
56940
3235
от различни видове маларийни инфекции.
01:12
Now it's actually very simple to put a face
23
60175
2811
Сега всъщност е много лесно да сложим лице
01:14
to many of these monsters.
24
62986
1795
на много от тези чудовища.
01:16
You take a stain, like acridine orange
25
64781
2627
Може да вземем оцветител, като акридиново оранжево
01:19
or a fluorescent stain or Giemsa,
26
67408
2117
или флуоресцентен оцветител, или Гиемза,
01:21
and a microscope, and you look at them.
27
69525
3113
и микроскоп и да ги разгледаме.
01:24
They all have faces.
28
72638
2380
Всички те имат физономии.
01:27
Why is that so, that Alex in Kenya,
29
75018
2638
Защо е така, че Алекс в Кения,
01:29
Fatima in Bangladesh, Navjoot in Mumbai,
30
77656
3228
Фатима в Бангладеш, Навджут в Мумбай,
01:32
and Julie and Mary in Uganda still wait months
31
80884
3421
и Джули и Мери в Уганда все още чакат с месеци
01:36
to be able to diagnose why they are sick?
32
84305
3579
за да получат диагноза защо са болни?
01:39
And that's primarily because scalability
33
87884
3026
И това е предимно заради мащабирането
01:42
of the diagnostics is completely out of reach.
34
90910
3032
на диагностиката, което е напълно извън обсега им.
01:45
And remember that number: one billion.
35
93942
3916
И запомнете тази цифра, един милиард.
01:49
The problem lies with the microscope itself.
36
97858
3901
Проблемът е със самия микроскоп.
01:53
Even though the pinnacle of modern science,
37
101759
2376
Въпреки че са опирна точка на модерната наука,
01:56
research microscopes are
not designed for field testing.
not designed for field testing.
38
104135
3135
изследователските микроскопи не са направени за полеви изследвания.
01:59
Neither were they first designed
39
107270
1680
Нито пък първоначално са били устроени
02:00
for diagnostics at all.
40
108950
2151
за диагностика.
02:03
They are heavy, bulky, really hard to maintain,
41
111101
3388
Те са тежки, обемисти, трудни за поддържане,
02:06
and cost a lot of money.
42
114489
2301
и много скъпи.
02:08
This picture is Mahatma Gandhi in the '40s
43
116790
3405
Това е снимка на Махатма Ганди от 40те
02:12
using the exact same setup
that we actually use today
that we actually use today
44
120195
3294
използва абсолютно същото устройство каквото е в употреба и днес
02:15
for diagnosing T.B. in his ashram
45
123489
2684
за диагностика на туберкулоза в неговия ашрам
02:18
in Sevagram in India.
46
126173
2445
в Севаграм в Индия.
02:20
Two of my students, Jim and James,
47
128618
3327
Двама от моите студенти, Джим и Джеймс,
02:23
traveled around India and Thailand,
48
131945
2320
пътуваха в Индия и Тайланд,
02:26
starting to think about this problem a lot.
49
134265
2252
и започнаха да мислят много по този проблем.
02:28
We saw all kinds of donated equipment.
50
136517
2475
Видяхме всякакви видове дарено оборудване.
02:30
We saw fungus growing on microscope lenses.
51
138992
2912
Видяхме микроскопски лещи покрити с плесен.
02:33
And we saw people who had a functional microscope
52
141904
2195
И видяхме хора с работещ микроскоп,
02:36
but just didn't know how to even turn it on.
53
144099
2951
които просто не знаеха как да го включат.
02:39
What grew out of that work and that trip
54
147050
2640
Това в което прераснаха тази работа и пътешествие
02:41
was actually the idea of what we call Foldscopes.
55
149690
3751
беше идеята за това, което наричаме Foldscopes (сгъваеми микроскопи)
02:45
So what is a Foldscope?
56
153441
1823
Какво е Foldscope?
02:47
A Foldscope is a completely functional microscope,
57
155264
3549
Това е напълно функционален микроскоп,
02:50
a platform for fluorescence, bright-field,
58
158813
3130
платформа за флуоресцентна, светлополева,
02:53
polarization, projection,
59
161943
1575
поларизираща, прожекционна,
02:55
all kinds of advanced microscopy
60
163518
2568
всякакви видове напреднала микроскопия,
02:58
built purely by folding paper.
61
166086
3215
построен единствено чрез сгъване на хартия.
03:01
So, now you think, how is that possible?
62
169301
2861
Е, мислите си, как е възможно това?
03:04
I'm going to show you some examples here,
63
172162
1963
Ще ви покажа няколко примера тук,
03:06
and we will run through some of them.
64
174125
1801
и ще минем подробно през някои от тях.
03:07
It starts with a single sheet of paper.
65
175926
3784
Започваме с един лист хартия.
03:11
What you see here is all the possible components
66
179710
3371
Това, което виждате тук са всички възможни части
03:15
to build a functional bright-field
and fluorescence microscope.
and fluorescence microscope.
67
183081
4425
за да построим функционален светлополеви и флуоресцентен микроскоп.
03:19
So, there are three stages:
68
187506
1809
Има три части,
03:21
There is the optical stage, the illumination stage
69
189315
2749
Ето ги оптичната, осветителна
03:24
and the mask-holding stage.
70
192064
2468
и предметна част.
03:26
And there are micro optics at the bottom
71
194532
1872
И има микрооптика на дъното,
03:28
that's actually embedded in the paper itself.
72
196404
2874
която всъщност е вградена в хартията.
03:31
What you do is, you take it on,
73
199278
2504
Това което правите е, взимате го,
03:33
and just like you are playing like a toy,
74
201782
2776
и също както бихте направили с играчка,
03:36
which it is,
75
204558
3087
каквато е,
03:40
I tab it off,
76
208584
3030
първо го избутвам,
03:47
and I break it off.
77
215039
2182
и откъсвам.
03:49
This paper has no instructions and no languages.
78
217221
2724
Хартията няма инструкции на никакъв език.
03:51
There is a code, a color code embedded,
79
219945
2319
Има код, вграден цветен код,
03:54
that tells you exactly how to
fold that specific microscope.
fold that specific microscope.
80
222264
4611
който ви показва точно как да сгънете този специфичен микроскоп.
03:58
When it's done, it looks something like this,
81
226875
2649
Когато е готов, прилича на нещо такова,
04:01
has all the functionalities of a standard microscope,
82
229524
2731
има всички функции на стандартен микроскоп,
04:04
just like an XY stage,
83
232255
1881
също като предметна масичка подвижна в две измерения
04:06
a place where a sample slide could go,
84
234136
4421
и място, където се слага предметното стъкло,
04:10
for example right here.
85
238557
2540
например тук.
04:13
We didn't want to change this,
86
241097
1512
Не искахме да променяме това,
04:14
because this is the standard
87
242609
1372
защото е стандартът
04:15
that's been optimized for over the years,
88
243981
1853
оптимизиран през годините
04:17
and many health workers are actually used to this.
89
245834
2696
и много здравни работници са свикнали с него.
04:20
So this is what changes,
90
248530
1461
Така че това се променя,
04:21
but the standard stains all remain the same
91
249991
2167
но стандартните оцветители остават същите
04:24
for many different diseases.
92
252158
1775
за много различни болести.
04:25
You pop this in.
93
253933
2932
Слагате това вътре.
04:28
There is an XY stage,
94
256865
3886
Това е предметна масичка с две измерения,
04:32
and then there is a focusing stage,
95
260751
1973
а това е за фокусиране,
04:34
which is a flexure mechanism
96
262724
1866
което е огъващ механизъм
04:36
that's built in paper itself that allows us to move
97
264590
2553
вграден в хартията и позволяващ ни да движим
04:39
and focus the lenses by micron steps.
98
267143
2981
и фокусираме лещите в стъпки от по един микрон.
04:42
So what's really interesting about this object,
99
270124
2133
Нещо много интересно за този предмет,
04:44
and my students hate when I do this,
100
272257
1883
и моите студенти мразят, когато го правя,
04:46
but I'm going to do this anyway,
101
274140
1761
но аз ще го направя въпреки това,
04:47
is these are rugged devices.
102
275901
1956
е че това са много устойчиви устройства.
04:49
I can turn it on and throw it on the floor
103
277857
4577
Мога да го включа и да го хвърля на пода
04:54
and really try to stomp on it.
104
282434
2952
и наистина да опитам да го стъпча.
04:57
And they last, even though they're designed
105
285386
2375
И издържат, въпреки че са направени
04:59
from a very flexible material, like paper.
106
287761
3463
от много лесно огъваем материал, като хартия.
05:03
Another fun fact is, this is what we actually
107
291224
2852
Друг забавен факт е че всъщност
05:06
send out there as a standard diagnostic tool,
108
294076
4055
това е което изпращаме там като стандартен уред за диагностика
05:10
but here in this envelope
109
298131
1769
но в този плик
05:11
I have 30 different foldscopes
110
299900
2391
имаме 30 различни сгъваеми микроскопа
05:14
of different configurations all in a single folder.
111
302291
5731
в различни конфигурации, всички побрани в една папка.
05:20
And I'm going to pick one randomly.
112
308022
1812
Ще взема един наслука.
05:21
This one, it turns out, is actually designed
113
309834
2082
Този, оказва се, е устроен
05:23
specifically for malaria,
114
311916
1563
специално за малария,
05:25
because it has the fluorescent filters built
115
313479
2311
защото има флуоресцентните филтри направени
05:27
specifically for diagnosing malaria.
116
315790
2097
специфично за диагностициране на малария.
05:29
So the idea of very specific diagnostic microscopes
117
317887
3928
Така че идеята за специфични диагностични микроскопи
05:33
comes out of this.
118
321815
1766
произлиза оттук.
05:35
So up till now, you didn't actually see
119
323581
2939
Досега не виждахте това
05:38
what I would see from one of these setups.
120
326520
2957
което аз бих видял през едно от тези устройства.
05:41
So what I would like to do is,
121
329477
1681
Така че, това което искам да направя е
05:43
if we could dim the lights, please,
122
331158
1626
ако може да намалим светлините, моля,
05:44
it turns out foldscopes are
also projection microscopes.
also projection microscopes.
123
332784
3665
оказва се че сгъваемите микроскопи са също и прожекционни микроскопи.
05:48
I have these two microscopes that I'm going to turn --
124
336449
2534
Имам тези два микроскопа, които ще включа
05:50
go to the back of the wall --
125
338983
1753
ще отида до гърба на стената
05:52
and just project, and this way you will see
126
340736
1708
и ще прожектирам и по този начин ще виждате
05:54
exactly what I would see.
127
342444
2120
точно това, което и аз.
05:56
What you're looking at --
128
344564
1786
Това, което виждате
05:58
(Applause) —
129
346350
2383
(аплодисменти)
06:00
This is a cross-section of a compound eye,
130
348733
2636
Това е разрез на сложно око,
06:03
and when I'm going to zoom in closer, right there,
131
351369
2351
и когато приближа, точно там,
06:05
I am going through the z-axis.
132
353720
2244
минавам през z-остта.
06:07
You actually see how the lenses are cut together
133
355964
3024
Всъщност виждате как лещите са изрязани заедно
06:10
in the cross-section pattern.
134
358988
1573
в разрез.
06:12
Another example, one of my favorite insects,
135
360561
2556
Друг пример, с едно от моите любими насекоми,
06:15
I love to hate this one,
136
363117
1977
обичам да го мразя,
06:17
is a mosquito,
137
365094
1781
е комар,
06:18
and you're seeing the antenna of a culex pipiens.
138
366875
3762
и виждате пипалото на обикновения комар.
06:22
Right there.
139
370637
3363
Точно тук.
06:26
All from the simple setup that I actually described.
140
374000
4213
Всичко от простото устройство, което вече ви описах.
06:30
So my wife has been field testing
141
378213
1773
Та жена ми изпробва в полеви условия
06:31
some of our microscopes
142
379986
2000
някои от нашите микроскопи
06:33
by washing my clothes whenever I forget them
143
381986
2481
като изпира дрехите ми когато ги забравя
06:36
in the dryer.
144
384467
2029
в сушилнята.
06:38
So it turns out they're waterproof, and --
145
386496
2800
И се оказва, че са водоустойчиви и -
06:41
(Laughter) —
146
389296
1788
(смях) -
06:43
right here is just fluorescent water,
147
391084
2498
това тук е просто флуоресцентна вода
06:45
and I don't know if you can actually see this.
148
393582
1550
и не знам дали можете да го видите.
06:47
This also shows you how
the projection scope works.
the projection scope works.
149
395132
2389
Това показва как работи прожекционния микроскоп.
06:49
You get to see the beam the
way it's projected and bent.
way it's projected and bent.
150
397521
3653
Виждате светлиния лъч и как се прожектира и пречупва.
06:56
Can we get the lights back on again?
151
404199
2940
Може ли да включим осветлението отново?
06:59
So I'm quickly going to show you,
152
407139
1787
Сега набързо ще ви покажа,
07:00
since I'm running out of time,
153
408926
2049
защото времето ми свършва
07:02
in terms of how much it costs for us to manufacture,
154
410975
2426
как във връзка с производствените разходи
07:05
the biggest idea was roll-to-roll manufacturing,
155
413401
3080
най-голямата ни идея беше производство от ролка до ролка,
07:08
so we built this out of 50 cents of parts and costs.
156
416481
3122
така че построихме това от 50 цента части и разходи.
07:11
(Applause)
157
419603
2859
(аплодисменти)
07:14
And what this allows us to do
158
422462
2095
И това ни позволява
07:16
is to think about a new paradigm in microscopy,
159
424557
2336
да помислим за нова парадигма в микроскопията,
07:18
which we call use-and-throw microscopy.
160
426893
2017
която наричаме микроскопия за еднократна употреба.
07:20
I'm going to give you a quick snapshot
161
428910
2089
Ще направя бързо обобщение
07:22
of some of the parts that go in.
162
430999
1763
за някои от частите, които са включени.
07:24
Here is a sheet of paper.
163
432762
1459
Ето лист хартия.
07:26
This is when we were thinking about the idea.
164
434221
2089
Това е момента, в който се замислихме за идеята
07:28
This is an A4 sheet of paper.
165
436310
1355
Това е лист А4 хартия.
07:29
These are the three stages that you actually see.
166
437665
1981
Това са трите степени, които всъщност виждате.
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
И оптичните компоненти, ако погледнете квадрата вдясно
07:35
we had to figure out a way to manufacture lenses
168
443076
2427
трябваше да измислим начин да произвеждаме лещи
07:37
in paper itself at really high throughputs,
169
445503
2312
в самата хартия с високи обороти,
07:39
so it uses a process of self-assembly
170
447815
1859
и така използваме процес на самосглобяване
07:41
and surface tension
171
449674
1112
и повърхностно напрежение,
07:42
to build achromatic lenses in the paper itself.
172
450786
3536
за да вградим ахроматични лещи в самата хартия.
07:46
So that's where the lenses go.
173
454322
1445
Така че там отиват лещите.
07:47
There are some light sources.
174
455767
1612
Има няколко светлоизточника.
07:49
And essentially, in the end,
175
457379
1385
И в края на краищата,
07:50
all the parts line up because of origami,
176
458764
3178
всички части се подреждат в линия заради оригами,
07:53
because of the fact that origami allows us
177
461942
3271
защото фактът е, че оригами ни позволява,
07:57
micron-scale precision of optical alignment.
178
465213
2980
прецизност на оптичното подреждане на микро-скала.
08:00
So even though this looks like a simple toy,
179
468193
2629
Така че въпреки, че това изглежда като проста играчка,
08:02
the aspects of engineering that go in
180
470822
1914
инженерните аспекти, които са вложени
08:04
something like this are fairly sophisticated.
181
472736
2686
в нещо като това са доста изтънчени.
08:07
So here is another obvious thing that we would do,
182
475422
3235
Така че ето нещо друго което бе очевидно да направим,
08:10
typically, if I was going to show
183
478657
1593
типично, ако щях да ви демонстрирам
08:12
that these microscopes are robust,
184
480250
1505
устойчивостта на тези микроскопи,
08:13
is go to the third floor and
drop it from the floor itself.
drop it from the floor itself.
185
481755
3838
щях да се кача до третия етаж и да ги хвърля отгоре.
08:17
There it is, and it survives.
186
485593
3323
Ето, и оцелява.
08:20
So for us, the next step actually
187
488916
2177
За нас, следващия етап е всъщност
08:23
is really finishing our field trials.
188
491093
1839
да завършим с полевите опити.
08:24
We are starting at the end of the summer.
189
492932
2105
Започваме в края на лятото.
08:27
We are at a stage where we'll be
making thousands of microscopes.
making thousands of microscopes.
190
495037
2927
И сме на етапа, в който ще произвеждаме хиляди микоскопи.
08:29
That would be the first time where we would be
191
497964
2144
Това ще е първия път
08:32
doing field trials with the highest density
192
500108
2085
в който ще се проведат полеви опити с най-висок брой
08:34
of microscopes ever at a given place.
193
502193
2555
на микроскопи на едно място.
08:36
We've started collecting data for malaria,
194
504748
2080
Започнахме да събираме данни за малария,
08:38
Chagas disease and giardia from patients themselves.
195
506828
3796
Шага и гиардия от пациенти.
08:42
And I want to leave you with this picture.
196
510624
2094
Искам да ви оставя с тази снимка.
08:44
I had not anticipated this before,
197
512718
1925
По-рано не очаквах това,
08:46
but a really interesting link
198
514643
1687
но има интересна връзка
08:48
between hands-on science education
199
516330
1895
между практическото научно образование
08:50
and global health.
200
518225
1258
и глобалното здраве.
08:51
What are the tools that we're actually providing
201
519483
2926
Какви са инструментите, които даваме
08:54
the kids who are going to fight
202
522409
2180
на децата, които ще се борят
08:56
this monster soup for tomorrow?
203
524589
1918
със супата от чудовища утре?
08:58
I would love for them to be able to just print out
204
526507
2358
Много бих желал да могат просто да отпечатат
09:00
a Foldscope and carry them around in their pockets.
205
528865
2129
сгъваем микроскоп и да го носят в джоба си.
09:02
Thank you.
206
530994
2906
Благодаря ви.
09:05
(Applause)
207
533900
4443
(аплодисменти)
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