TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
אנג'לה בלצ'ר : שימוש בטבע לגידול סוללות
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
עם השראה מקונכיית האבלוני, אנג'לה בלצ'ר מתכנתת וירוסים כדי ליצור מיבנים ננומטריים אלגנטים לשימוש האדם. על-ידי בחירת גנים יעילים דרך אבולוציה מכוונת, היא מייצרת וירוסים שיכולים לבנות סוללות חזקות חדשות, דלקים מימניים נקיים ותאים סולריים שוברי שיאים. ב TEDxCaltech, היא מראה לנו איך זה נעשה.
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
חשבתי לדבר קצת על איך הטבע יוצר חומרים.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
הבאתי איתי קונכיית אבלוני.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
קונכיית האבלוני היא חומר אורגני מרוכב
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
ש98 אחוז ממסתו היא סידן פחמתי
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
ושני אחוז חלבון.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
ועדיין, הוא קשיח פי 3000
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
מהקרוב הגאולוגי שלו.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
והרבה אנשים יכולים להשתמש במבנים כמו קונכיות אבלוני,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
לדוגמה גיר.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
תמיד הוקסמתי מהדרך בה הטבע מייצר חומרים,
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
ויש הרבה מחזוריות
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
לאיך הוא עושה כאלה עבודות מעודנות.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
חלק מזה זה העובדה שהחומרים האלה
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
בעלי מבנה מקרוסקופי,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
אבל הם נוצרים בקנה מידה ננומטרי.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
הם נוצרים בקנה מידה ננומטרי,
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
והם משתמשים בחלבונים שמקודדים ברמה הגנטית
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
שמאפשרים להם לבנות את הצורות המעודנות האלה.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
אז משהו שאני חושבת שממש מרתק
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
זה מה אם תוכלו לתת חיים
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
למבנים דוממים,
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
כמו סוללות וכמו תאים סולאריים?
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
מה אם היו להם את אותן יכולות
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
שיש לקונכיית האבלוני יש,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
מבחינת היכולת
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
לבנות מבנים עדינים
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
בטמפרטורת החדר ולחץ אטמוספרי רגיל,
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
על ידי שימוש בחומרים לא רעילים
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
ובלי הוספה של חומרים רעילים לסביבה?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
אז זה החזון שחשבתי עליו.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
אז מה אם תוכלו לגדל סוללות בצלחת פטרי?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
או, מה אם תוכלו להעביר מידע גנטי לסוללה
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
כך שהיא תוכל להשתפר
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
במשך הזמן,
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
ולעשות זאת בדרך ידידותית לסביבה?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
וכך, בחזרה לקונכיית האבלוני,
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
מלבד מהמבנה הננומטרי שלה,
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
דבר נוסף שמרתק,
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
הוא שכשזכר ונקבה נפגשים,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
הם מעבירים את המידע הגנטי
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
שאומר, "זו הדרך לבנות חומר מעודן.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
ככה עושים את זה בטמפרטורת החדר ולחץ רגיל,
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
על ידי שימוש בחומרים לא רעילים."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
אותו הדבר עם דיאטומים, שמוצגים פה, שהם מבנים זכוכיתיים.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
כל פעם שהדיאטומים משתכפלים,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
הם מעבירים את המידע הגנטי שאומר,
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"כך בונים זכוכית באוקיינוס
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
שבנוי ננומטרית בצורה מושלמת.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
וניתן לעשות את זה אותו דבר, שוב ושוב."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
אז מה אם תוכלו לעשות אותו דבר
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
עם תאים סולאריים או סוללות?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
אני אוהבת להגיד שהחומר הביולוגי האהוב עלי הוא בני בן הארבע.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
אבל כל מי שהיו לו או מכיר ילדים קטנים,
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
יודע שהם אורגניזמים מאוד מורכבים.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
אז אם תרצו לשכנע אותם
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
לעשות משהו שהם לא רוצים, זה מאוד קשה.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
אז כשחושבים על טכנולוגיות עתידיות,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
אנחנו חושבים על שימוש בבקטריות ווירוסים,
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
אורגניזמים פשוטים.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
האם תוכלו לשכנע אותם לעבוד עם כלים חדשים,
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
כך שהם יוכלו לבנות מבנה
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
שייהיה לי מועיל?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
וגם, אנחנו חושבים על טכנולוגיות עתידיות.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
אנחנו מתחילים עם הולדת כדור הארץ.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
בעיקרון, לקח מיליארדי שנים
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
להגיע לחיים על כדור הארץ.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
ובמהירות רבה, הם הפכו לרב תאיים,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
הם יכלו להשתכפל, הם יכלו להשתמש בפוטוסינטזה
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
כדרך לקבלת מקור אנרגיה.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
אבל רק לפני 500 מיליון שנה --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
במהלך התקופה הקמברית --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
שאורגניזמים באוקיינוס התחילו לייצר חומרים קשים.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
לפני כן כולם היו רכים, במבנה אוורירי.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
וזה היה בתקופה הזאת
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
שהיתה כמות מוגדלת של סידן ברזל
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
וסיליקון בסביבה.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
ואורגניזמים למדו איך לייצר חומרים קשים.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
וזה מה שאני רוצה להיות מסוגלת לעשות --
03:12
convince biology
78
177000
2000
לשכנע את הביולוגיה
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
לעבוד עם שאר הטבלה המחזורית.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
עכשיו אם תסתכלו על הביולוגיה,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
יש מבנים רבים כמו DNA ונוגדנים
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
וחלבונים וריבוזומים ששמעתם עליהם
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
שכבר מורכבים בקנה מידה ננומטרי.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
אז הטבע כבר נותן לנו
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
מבנים ממש מעודנים בקנה מידה ננומטרי.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
מה אם נוכל לרתום אותם
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
ולשכנע אותם לא להיות נוגדן
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
שעושה משהו כמו איידס?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
אלא נוכל לשכנע אותם
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
לבנות לנו תאים סולאריים?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
אז הנה כמה דוגמאות: אלה כמה קונכיות טבעיות.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
הם חומרים ביולוגיים טבעיים.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
קונכית האבלוני כאן -- ואם תשברו אותה,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
תוכלו לראות שהמבנה שלה ננומטרי.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
יש דיאטומים שעשויים מסיליקון דו חמצני,
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
ויש בקטריות מגנטוטקטיות
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
שיוצרות מגנטים קטנים חד קוטביים לניווט.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
מה שמשותף לכל אלה
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
זה שהחומרים בנויים בקנה מידה ננומטרי,
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
ויש להם רצף DNA
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
שמקודד לרצף חלבונים,
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
שנותן להם את התוכנית
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
להיות מסוגלים לבנות את המבנים המופלאים האלה.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
עכשיו, בחזרה לקונכיית האבלוני,
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
האבלוני מייצרת את הקונכיה הזאת מפני שיש לה את החלבונים האלה.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
החלבונים האלה טעונים מאוד במטען שלילי.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
והם יכולים לשאוב סידן מהסביבה,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
להניח שכבה של סידן ואז פחמה, סידן ופחמה.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
יש לו את הסידור הכימי של חומצות אמינו
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
שאומר, "ככה בונים את המבנה.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
הנה מבנה הDNA, הנה רצף החלבונים
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
כדי לעשות את זה."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
אז רעיון מעניין הוא, מה אם תוכלו לקחת כל חומר שתרצו,
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
או כל יסוד מהטבלה המחזורית,
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
ותמצאו את רצף הDNA המתאים שלו,
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
ואז לקודד אותו לרצף חלבונים מתאים
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
כדי לבנות מבנה, אבל לא לבנות קונכיית אבלוני --
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
לבנות משהו אחר, באמצעות הטבע,
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
שלא היתה לו הזדמנות לעבוד איתו עדיין.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
אז הנה הטבלה המחזורית.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
ואני ממש אוהבת את הטבלה המחזורית.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
כל שנה לכיתת הסטודנטים החדשים בMIT,
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
אני עושה טבלה מחזורית שאומרת,
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"ברוכים הבאים לMIT. עכשיו אתם ביסוד שלכם."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
וכשהופכים אותה, אלה חומצות האמינו
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
עם רמות החומציות בהן יש להן מטענים שונים.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
ואני מחלקת את אלה לאלפי אנשים.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
ואני יודעת שכתוב MIT, ופה זה קלטק,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
אבל יש לי כמה מיותרות אם מישהו רוצה אותן.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
והיה לי הרבה מזל
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
שהנשיא אובמה ביקר במעבדה שלי השנה
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
בביקור שלו בMIT,
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
וממש רציתי לתת לו טבלה מחזורית.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
אז נשארתי ערה בלילה, ודיברתי עם בעלי,
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"איך אני יכולה לתת לנשיא אובמה טבלה מחזורית?
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
מה אם הוא יגיד, 'או, כבר יש לי אחת.'
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
או, 'כבר למדתי אותה בעל פה'?"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
אז הוא בא וביקר במעבדה שלי
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
והסתכל מסביב -- זה היה ביקור נפלא.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
ואחרי זה, אמרתי,
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"אדוני, אני רוצה לתת לך את הטבלה המחזורית
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
למקרה ותהיה בבעיה ותצטרך לחשב משקל מולקולרי."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
וחשבתי שמשקל מולקולרי נשפע הרבה פחות חנוני
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
ממסה מולרית.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
אז הוא הסתכל עליה,
05:44
and he said,
146
329000
2000
ואמר,
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"תודה רבה. אני אסתכל עליה במחזוריות."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(צחוק)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(מחיאות כפיים)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
ומאוחר יותר בהרצאה שהוא נתן על אנרגיה נקיה,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
הוא שלף אותה החוצה ואמר,
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"ואנשים בMIT, הם מחלקים טבלאות מחזוריות."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
אז בעיקרון מה שלא אמרתי לכם
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
זה שבערך לפני 500 מיליון שנה, אורגניזמים התחילו ליצור חומרים,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
אבל זה לקח להם 50 מיליון שנה להשתפר בזה.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
זה לקח להם 50 מיליון שנה
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
ללמוד איך לשכלל את התהליך איך לייצר את קונכית האבלוני.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
ווקשה למכור את זה לדוקטורנט.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"יש לי פרוייקט מעולה -- 50 מיליון שנה."
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
אז היינו צריכים לפתח שיטה
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
לנסות לעשות את זה מהר יותר.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
אז אנחנו משתמשים בוירוס שהוא לא רעיל
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
שנקרא M13 בקטריופאג'
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
שהעבודה שלו היא להדביק בקטריה.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
יש לו מבנה DNA פשוט
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
שאתם יכולים לקחת ולחתוך ולהדביק
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
רצפי DNA נוספים לתוכו.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
וכשעושים זאת, זה מאפשר לוירוס
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
ליצר רצפי חלבונים אקראיים.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
וזו ביוטכנולוגיה פשוטה למדי.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
ובעקרון הייתם יכולים לעשות את זה מיליארד פעמים.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
ואז היו לכם מיליארדי וירוסים שונים
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
שכולם זהים גנטית,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
אבל הם שונים אחד מהשני לפי הקצוות שלהם,
06:49
on one sequence
175
394000
2000
ברצף אחד
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
שמקודד לחלבון אחד.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
עכשיו אם תקחו את כל מיליארדי הוירוסים האלה,
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
ותוכלו לשים אותם בטיפת נוזל אחת,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
תוכלו להכריח אותם לעבוד עם כל יסוד שתרצו בטבלה המחזורית.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
ודרך תהליך של ברירה אבולוציונית,
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
תוכלו לשלוף אחד מתוך המיליארד שעושה משהו שאתם רוצים שיעשה,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
כמו לגדל סוללה או לגדל תא סולרי.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
אז בעיקרון, וירוסים לא יכולים לשכפל את עצמם, הם צריכים מארח.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
ברגע שאתם מוצאים את האחד מהמיליארד,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
אתם מדביקים בקטריה איתו,
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
ויוצרים מיליונים ומיליארדים של עותקים
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
של הרצף הספציפי הזה.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
ואז הדבר הנוסף שנפלא בביולוגיה
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
זה שביולוגיה נותנת לנו מבנים מעודנים
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
עם קשקשי קישור יפים.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
והוירוסים האלה הם ארוכים ודקים,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
ואנחנו יכולים לגרום להם להביע את היכולת
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
לגדל משהו כמו מוליכים למחצה
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
או חומרים לסוללות.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
עכשיו זו סוללה חזקה שגדלנו במעבדה.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
הינדסנו וירוס לאסוף ננו-צינוריות מפחמן.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
אז חלק אחד מהוירוס אוסף ננו-צינוריות מפחמן.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
לחלק האחר של הוירוס יש רצף
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
שיכול לגדל חומרי אלקטרודה לסוללה.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
ואז הוא מחווט את עצמו לבקר הזרם.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
אז דרך תהליך של ברירה אבולוציונית,
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
עברנו מוירוס שיצר סוללה עלובה
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
לוירוס שמייצר סוללה טובה
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
לוירוס שמייצר סוללה שוברת שיאים עם כוח גדול
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
וכל זה נעשה בטמפרטורת החדר, בעקרון על שולחן העבודה.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
והסוללה הזו נסעה לבית הלבן למסיבת עיתונאים.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
הבאתי אותה לפה.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
אתם יכולים לראות אותה במארז הזה -- היא מפעילה את הLED הזה.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
עכשיו אם נוכל להגדיל אותה,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
תוכלו להשתמש בה בעצם
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
להניע את הפריוס (טויוטה) שלכם.
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
שזה החלום שלי -- לנהוג במכונית מונעת וירוסים.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
אבל זה בעיקרון --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
אתם יכולים להוציא אחת ממיליארד.
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
אתם יכולים לעשות לה הרבה תיגבורים.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
בעיקרון, אתם יכולים לעשות את התיגבורים במעבדה.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
ואז אתם גורמים להם להרכיב את עצמם עצמאית
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
למבנה כמו סוללה.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
אנחנו מסוגלים לעשות את זה גם עם מאיצים.
08:34
This is the example
220
499000
2000
זו דוגמה
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
להפרדת מים עם פוטו-מאיץ.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
ומה שהיינו מסוגלים לעשות
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
הוא להנדס וירוס בעיקרון לקחת מולקולות סופגות צבע
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
ולסדר אותן על פני הוירוס
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
כך שהוא יכול לשמש כאנטנה,
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
ואתם מקבלים העברת אנרגיה על פני הוירוס.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
ואז אנחנו נותנים לו גן נוסף
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
לגדל חומר לא אורגני
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
שיכול לשמש להפרדת מים
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
לחמצן ומימן,
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
שאפשר להשתמש בו ליצור דלקים נקיים.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
והבאתי איתו דוגמה היום.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
הסטודנטים שלי הבטיחו לי שזה יעבוד.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
אלו ננוחוטים מורכבים מוירוסים.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
כשמאירים אור עליהם, אתם יכולים לראות אותם מבעבעים.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
במקרה הזה, אתם רואים בועות חמצן יוצאות החוצה.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
ובעיקרון על ידי שליטה בגנים,
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
אתם יכולים לשלוט במגוון חומרים כדי לשפר את ביצועי המכשיר.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
הדוגמה האחרונה היא תאים סולאריים.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
אתם יכולים לעשות את זה גם עם תאים סולאריים.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
הצלחנו להנדס וירוסים
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
להרים ננו-צינוריות פחמן
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
ואז לגדל תחמוצת טיטניום מסביבן --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
ולהשתמש בזה כדי להעביר אלקטרונים דרך המכשיר.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
ומה שמצאנו הוא, שדרך הנדסה גנטית,
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
אנחנו בעצם יכולים להגביר
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
את הנצילות של התאים הסולאריים האלה
09:41
to record numbers
248
566000
2000
למספרים שוברי שיאים
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
לסוג זה של מערכות סינטוז-דיו.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
והבאתי גם אחד מאלה
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
שאתם יכולים לשחק איתו בחוץ אחר כך.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
אז זה תא סולארי מבוסס וירוסים.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
דרך אבולוציה וברירה,
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
הבאנו את התא הסולארי מנצילות של שמונה אחוזים
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
לנצילות של 11 אחוזים.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
אז אני מקווה ששכנעתי אתכם
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
שיש הרבה דברים מעניינים וגדולים ללמוד
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
על איך הטבע יוצר חומרים --
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
ולקחת את זה לשלב הבא
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
כדי לראות אם אפשר להכריח,
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
או לנצל את הצורה בה הטבע יוצר חומרים,
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
כדי ליצור דברים שהטבע עדיין לא חלם עליהם.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
תודה רבה.
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