TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
آنجلا بلچر: استفاده از طبیعت برای پرورش باتری‌ها
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
" آنجلا بلچر " با الهام گرفتن از یک صدف " آبالون " (نوعی گوش ماهی خوراکی) ویروس‌ها را برای به وجود آوردن ساختارهایی در مقیاس نانو برای استفاده انسان‌ها، برنامه‌ریزی می‌کند. با انتخاب ژن‌هایی با عملکرد بالا از طریق فرآیند تکاملی هدایت شده، او ویروس‌هایی تولید کرده که می‌توانند باتری‌های جدید و پرقدرت، سوخت‌‌های پاک هیدروژنی و سلول‌های خورشیدی رکورددار و بی‌سابقه به‌وجود آورند. در TEDxCaltech، او به ما نشان می‌دهد که چگونه این کار انجام می‌شود.
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
من فکر کردم که می‌خواهم با شما کمی دربارۀ چگونگی ساخت مواد در طبیعت صحبت کنم
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
با خودم یک صدف آبالون (صدف گوش ماهی) آوردم.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
این صدف آبالون یک مادۀ بیوکامپوزیت (مادۀ مرکب زیست سازگار) است
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
که ۹۸ درصد کلسیم کربنات فشرده
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
و دو درصد پروتئین فشرده است.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
با این حال، ۳ هزار برابر سختر از
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
معادل زمین‌شناختی خود است.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
بسیاری از مردم ممکن است ساختارهایی مانند
00:35
like chalk.
8
20000
2000
صدف آبالون را استفاده کنند، مثلا گچ.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
من مجذوب چگونگی ساخت مواد در طبیعت شده‌ام
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
اینکه آنها چطور چنین کار فوق‌العاده‌ای را انجام می‌دهند، مراحل زیادی دارد
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
اینکه آنها چطور چنین کار فوق‌العاده‌ای را انجام می‌دهند، مراحل زیادی دارد
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
بخشی از آن این است که این مواد
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
ساختار میکروسکوپی دارند
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
ولی در مقیاس نانو شکل گرفته‌اند.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
در مقیاس نانو شکل گرفته‌اند،
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
و از پروتئین‌هایی استفاده می‌کنند که در لایۀ ژنتیکی کدگذاری می‌شوند.
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
همین به آنها امکان ساخت این ساختارهای ظریف و زیبا را می‌دهد.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلول‌های خورشیدی زندگی بخشید، چه می‌شود؟
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلول‌های خورشیدی زندگی بخشید، چه می‌شود؟
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلول‌های خورشیدی زندگی بخشید، چه می‌شود؟
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلول‌های خورشیدی زندگی بخشید، چه می‌شود؟
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
چه می‌شود اگر آنها همان قابلیت‌‌هایی که
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
یک صدف آبالون دارد، داشتند.
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
از نظر توانایی ساخت
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
ساختارهای فوق‌العاده در
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
دما و فشار اتاق
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
با استفاده از مواد شیمیایی غیر سمی
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
و بدون افزودن هیچ پسامد سمی به محیط؟
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
پس من دربارۀ همچین دیدی از آینده فکر می‌کنم.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
و چه می‌شود اگر یک باتری را در پتری ديش (ظرف كشت ميكروب) کشت دهید؟
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
ممکنه به یک باتری اطلاعات ژنتیکی بدهیم
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
تا بتواند واقعا
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
در طی یک تابع زمانی بهتر شود
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
و این را از راهی سازگار با محیط زیست انجام دهد؟
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
پس برگردیم به این صدف آبالون،
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
در کنار نانو- ساختار بودن
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
چیزی که خیلی جالب است،
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
زمانی است که دو آبالون نر و ماده، جفت می‌شوند،
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
آنها همان اطلاعات ژنتیکی را به نسل بعد منتقل می‌کنند
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
که نحوۀ ساخت یک مادۀ فوق‌العاده را..
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
.. در دما و فشار اتاق و با ..
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
.. استفاده از مواد غیر سمی، بیان می‌کند.
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
به همین صورت " دیاتوم‌ها " (جلبک‌های تک سلولی)، که اینجا نشان داده شده‌اند، که ساختارهای شیشه‌ای هستند.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
هر بار که " دیاتوم‌ها " تولیدمثل می‌کنند
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
اطلاعات ژنتیکی را دربارۀ
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
نحوۀ ساخت شیشه در اقیانوس که
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
کاملا نانو ساختار است،
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
و بارها و بارها قابل تکرار، منتقل می‌کنند.
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
بنابراین ممکنه همین کار را با
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
سلول خورشیدی یا یک باتری انجام داد؟
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
مایلم که بگویم مادۀ زيستی محبوب من، فرزند 4 ساله‌ام است.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
ولی هرکس که بچۀ کوچک داشته یا بچه‌های کوچک را می‌شناسد
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
می‌داند آنان موجودات بسیار پیچیده‌ای هستند.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
و اگر بخواهید آنان را مجاب به انجام کاری کنید که
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
نمی‌خواهند، خیلی سخت است.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
وقتی دربارۀ تکنولوژی آینده فکر می‌کنیم،
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
در واقع به استفاده از ویروس و باکتری فکر می‌کنیم،
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
موجودات ساده.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
آیا می‌توانید آنها را به کار با جعبه ابزار جدید
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
برای ایجاد یک ساختار که برای ما
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
مهم خواهد بود، مجاب کنید؟
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
همچنین، ما دربارۀ تکنولوژی آینده فکر می‌کنیم.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
ما با ابتدای حیات زمین شروع می‌کنیم
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
اساسا، میلیاردها سال طول کشید
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
تا حیات بر روی زمین شکل بگیرد.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
که به سرعت، به موجودات چندسلولی تبدیل شدند،
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
که می‌توانستند تولید مثل کنند و از فوتوسنتز
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
به عنوان راهی برای دریافت انرژی، استفاده کنند.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
ولی تنها در ۵۰۰ میلیون سال پیش
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
در طی دورۀ زمین‌شناسی " كامبرين " بود که
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
موجودات در اقیانوس شروع به ساخت مواد محکم کردند
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
قبل از آن تمام ساختارها نرم و کرک مانند بود.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
و در طی این زمان بود که
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
میزان کلسیم و آهن و سیلیکن
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
در محیط زیست زیاد شد.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
و موجودات یادگرفتند چگونه مواد محکم بسازند
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
پس من می‌خواهم قادر به انجام این باشم
03:12
convince biology
78
177000
2000
مجاب کردن زیست شناسی
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
تا با باقی عناصر جدول تناوبی هم کار کند
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
حالا اگر به زیست شناسی نگاه کنید
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
ساختارهایی مثل DNA و پادتن‌ها
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
پروتئین‌ها و ریبوزوم‌ها (رناتن)
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
همه نانو ساختار هستند.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
بنابراین طبیعت همین حالا هم
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
ساختارهایی در مقیاس نانو در اختیار ما گذاشته است
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
ممکنه که آنها را مهار کنیم
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
و مجاب کنیم که پادتنی نباشند
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
که کاری مثل ویروس ایدز انجام می‌دهد،
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
بلکه ممکنه آنها را مجاب به
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
ساختن سلول خورشیدی کنیم؟
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
اینها چند مثال هستند: اینها چند صدف طبیعی هستند.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
اینها مواد زیستی هستند
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
صدف آبالون اینجاست -- و اگر آن را شکاف دهید
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
این واقعیت که نانو ساختار است را می‌بینید.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
اینها دیاتوم‌ها هستند که از SIO2 (اکسید سیلیسیم) ساخته شده‌اند
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
و اینها باکتری‌های مغناطیسی هستند که
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
دانه‌های مغناطیسی تک حوزه‌ای که در جهت‌یابی کاربرد دارند، تولید می‌کنند.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
اشتراک همۀ اینها در این است که
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
این مواد در مقیاس نانو ساختار یافته‌اند.
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
توالی DNA دارند که
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
توالی پروتئین را کدگذاری می‌کند،
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
و این به آنها طرح ساخت
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
این ساختارهای زیبا را می‌دهد.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
حالا، دوباره به صدف آبالون برگردیم
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
آبالون این صدف را با داشتن این پروتئین‌ها می‌سازد.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
این پروتئین‌ها بار منفی زیادی دارند.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
و می‌توانند کلسیم را از محیط جذب کنند.
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
یک لایه کلسیم و بعد یک لایه کربنات قرار می‌دهند، کلسیم و کربنات.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
توالیِ شیمیاییِ آمینو اسیدهای موجود در آن
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
مشخص می‌کند که ساختار چگونه باشد
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
و توالی DNA و توالی پروتئین
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
برای ساخت آن چگونه باشد.
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
پس ایدۀ جالب این است که آیا ممکن است هر ماده‌ای یا هر عنصری از جدول تناوبی را
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
که می‌خواهیم، برداریم و
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
توالی DNA مربوط به آن را پیدا کنیم
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
بعد آن را برای توالی پروتئینی مربوطه، کدگذاری کنیم
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
تا یک ساختار را بسازد، ولی این ساختار صدف آبالون نباشد
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
بلکه چیزی باشد که هیچ وقت به طور طبیعی
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
فرصت کار کردن با آن را تا به حال نداشته است.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
خب این جدول تناوبی است
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
و من کاملا عاشق جدول تناوبی هستم
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
هر سال برای سال اولی‌ها در MIT
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
یک جدول تناوبی آماده دارم که روش نوشته
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
" به MIT خوش آمدید. شما الان در سطح عنصری هستید"
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
و اگر برگردانید، پشتش آمینو اسیدها
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
و PHهایی که در آنها بارهای مختلف می‌گیرند، است.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
و خب من این را به هزاران نفر می‌دهم
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
و با وجود اینکه روش نوشته MIT یا " کلتک Caltech "
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
من چندتا اضافه برای کسانی که می‌خواهند، دارم.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
و خیلی باعث خوشبختی بود که
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
" پرزیدنت اوباما " از آزمایشگاه من
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
در زمان بازدیدش از MIT، دیدن کرد.
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
و من خیلی دلم می‌خواست یک جدول تناوبی به او بدهم
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
بنابراین شب بیدار ماندم و با شوهرم صحبت کردم که
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
چطور به " پرزیدنت اوباما " یک جدول تناوبی بدهم؟
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
اگر بگوید " من خودم یکی دارم "
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
یا " من قبلا این را از حفظ کردم" چه؟
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
و پس او از آزمایشگاه من بازدید کرد
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
و اطراف را گشت -- بازدید خیلی خوبی بود
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
و بعد از آن من گفتم :
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
" آقا، من می‌خواهم به شما جدول تناوبی بدهم
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
برای وقتی که در یک مخمصه بودید و نیاز به محاسبۀ وزن مولکولی داشتید "
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
و فکر کردم که وزن مولکولی کمتر از جرم مولی
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
خشک به نظر می‌رسد.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
و او به من نگاه کرد
05:44
and he said,
146
329000
2000
و گفت
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
" ممنون، به صورت متناوب بهش نگاه خواهم کرد. "
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
( خنده )
05:50
(Applause)
149
335000
4000
( تشویق )
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
و بعدا در یک سخنرانی که دربارۀ انرژی پاک انجام داد
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
آن را بیرون آورد و گفت
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
" و مردم در MIT، جدول تناوبی پخش می‌کنند "
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
خب پس چیزی که در اصل به شما نگفتم
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
این است که ۵۰۰ میلیون سال پیش، موجودات شروع به ساخت مواد کردند،
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
ولی ۵۰ میلیون سال طول کشید تا در این کار خبره شوند
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
۵۰ میلیون سال طول کشید
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
تا یاد بگیرند چطور بی‌نقص باشند، چطور صدف آبالون بسازند
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
و این کار برای یک دانشجوی فوق لیسانس خیلی سخته.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"من یه پروژه بزرگ دارم -- 50 میلیون سال"
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
و بنابراین ما باید راهی را برای انجام سریعتر
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
این کار، توسعه می‌دادیم.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
بنابراین ما از یک ویروس غیر سمی
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
به نام " ام ۱۳ باکتریوفگ " استفاده می‌کنیم
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
که کارش مبتلا کردن باکتری است.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
خب آن یک ساختار سادۀ DNA دارد
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
که شما می‌توانید قسمتی از آن را ببرید و
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
توالی DNA اضافه کنید و بچسبانید.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
و با این کار، به ویروس اجازه دهید
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
توالی‌های پروتئینی تصادفی را از خود بروز دهند
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
و این یک فرآیند ساده در زیست‌فناوری (بیوتکنولوژی) است.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
و می‌توان یک میلیارد دفعه این کار را تکرار کرد.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
بنابراین می‌توان یک میلیارد ویروس مختلف داشت
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
که از نظر ژنتیکی همسان هستند
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
ولی انتهای آنها، یک توالی
06:49
on one sequence
175
394000
2000
که یک پروتئین را کدگذاری می‌کند،
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
با هم فرق دارد.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
حالا اگر تمام یک میلیارد ویروس را
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
در یک قطره مایع قرار دهید
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
می‌توانید آنها را به کار کردن با هر عنصری از جدول تناوبی واداشت.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
و از طریق فرآیند تکامل گزینشی
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
می‌توان از میان یک میلیارد، یکی را بیرون کشید که آنچه می‌خواهید انجام می‌دهد
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
مثلا تولید و پرورش یک باتری یا یک سلول خورشیدی.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
بنابراین اصولا، ویروس‌ها نمی‌توانند تولید مثل کنند، آنها به میزبان احتیاج دارند
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
وقتی همان یکی که می‌خواهید از میان یک میلیارد پیدا کردید
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
آن را به یک باکتری منتقل می‌کنید
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
و میلیاردها و میلیون‌ها نسخه از
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
آن توالی مخصوص می‌گیرید
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
و پس چیز دیگری که دربارۀ زیست‌شناسی زیباست
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
این است که زیست‌شناسی ساختارهای فوق‌العاده با
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
اندازه‌های مرتبط زیبا به شما می‌دهد؟؟؟؟
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
و این ویروس‌ها که بلند و باریک هستند
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
و ما می توانیم آنها را وادار به نشان دادن توانایی
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
پرورش چیزی مثل نیمه رساناها
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
یا موادی برای باتری‌ها کنیم.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
این یک باتری پرقدرت است که ما در آزمایشگاه رشد دادیم
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
ما یک ویروس را برای برداشتن " نانولوله‌های کربنی " مهندسی کردیم
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
بنابراین یک قسمت از ویروس یک نانولولۀ کربنی را در چنگ می‌گیرد
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
قسمت دیگر دارای آن توالی است که می‌تواند
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
برای یک باتری مواد الکترودی تولید کند.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
و بعد ویروس خود را به صورت " جمع کنندۀ جریان " در می آورد
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
بنابراین از طریق یک فرآیند تکامل گزینشی
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
ما از یک ویروس که باتری بی‌کیفیت می‌ساخت
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
به ویروسی که باتری خوب می‌ساخت، رسیدیم
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
و بعد به ویروسی که باتری پرقدرت و رکورد شکن می‌ساخت، رسیدیم
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
و تمام اینها در دمای اتاق و در اصل بر روی یک میز کار انجام شد
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
و باتری برای یک کنفرانس به " کاخ سفید " فرستاده شد.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
من اینجا آوردمش.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
می توانید در این جعبه آن را ببینید که به این " ال‌ای‌دی " نور می‌دهد.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
حالا اگر این را درجه بندی کنیم
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
شما عملا می‌توانید از این برای
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
راه انداختن " تویوتا پریوس " استفاده کنید.
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
این رویای من است. که بتوانم یک ماشین نیروگرفته از ویروس را برانم.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
ولی موضوع اینجا در اصل این است:
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
شما می‌توانید یکی را از میان یک میلیارد بیرون بکشید
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
می‌توانید به صورتهای مختلف آن را تقویت کنید
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
و عملا می‌توانید در آزمایشگاه آن را تقویت کنید
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
و بعد کاری کنید که خود را به صورت
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
یک ساختار مثلا یک باتری، در آورد
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
ما قادریم این کار را با کاتالیزورها هم انجام دهیم
08:34
This is the example
220
499000
2000
این یک مثال از
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
تجزیۀ فوتوکاتالیزوری آب است
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
و آنچه ما قادر به انجامش هستیم
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
مهندسی یک ویروس برای کنترل مولکولهای جاذب در رنگدانه
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
و ردیف کردن آنها در سطح ویروس است
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
تا مثل یک آنتن عمل کند.
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
و انتقال انرژی را در ویروس داشته باشید.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
و بعد به آن یک ژن دیگر می‌دهیم
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
تا مواد غیر آلی و معدنی تولید کند
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
که می تواند برای تجزیۀ آب به
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
هیدروژن و اکسیژن استفاده شود.
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
می تواند برای سوخت‌‌های پاک استفاده شود.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
من امروز یک نمونه با خودم آورده ام
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
شاگردم قول داده کار کند
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
اینها نانوسیم‌های گردآوری شده توسط ویروس هستند.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
وقتی نور به آنها بتابانید می‌بینید که حباب تولید می‌کنند
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
و در این نمونه، حباب‌‌های اکسیژن بالا می‌آیند.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
و در واقع با کنترل ژن‌ها
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
می توانید مواد چندگانه را برای بالابردن عملکرد وسیله تان کنترل کنید.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
آخرین مثال سلول‌های خورشیدی هستند.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
همین کار را می توانید با سلول‌های خورشیدی انجام دهید
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
ما قادر بوده‌ایم که ویروس‌ها را مهندسی کنیم
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
تا نانولوله‌های کربنی را بردارند و
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
دی اکسید تیتانیوم در اطراف آنها تولید کنند.
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
برای استفاده به عنوان راهی برای عبور الکترونها از وسیله
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
و چیزی که دریافته‌ایم این است که از طریق مهندسی ژنتیک
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
می توانیم واقعا کارآیی‌های این
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
سلول‌های خورشیدی را
09:41
to record numbers
248
566000
2000
تا رکوردهای بی سابقه
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
برای این نوع سیستم‌های رنگدانه سنتز ( گریتسل ) بالا ببریم.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
من یکی از آنها را همراه آورده ام
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
که بعدا می توانید با آن ور بروید و امتحان کنید
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
خب این یک سلول خورشیدی با پایۀ ویروسی است.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
از طریق تکامل و گزینش
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
ما آن را از یک سلول خورشیدی با هشت درصد کارآیی
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
به سلول خورشیدی با 11 درصد کارآیی رساندیم
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
بنابراین امیدوارم شما را قانع کرده باشم
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
که نکات عالی و جالب زیادی می‌شود از
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
چگونگی ساخت مواد در طبیعت آموخت
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
و آن را یک قدم به جلو برد
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
تا دید آیا می‌شود مجبور کرد
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
یا آیا می توان از چگونگی ساخت مواد در طبیعت استفاده کرد
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
برای ساخت چیزهایی که طبیعت هنوز رویای ساخت شان را ندارد.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
ممنون.
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