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Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future
Fiorenzo Omenetto: Seda, o antigo material do futuro
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Fiorenzo Omenetto compartilha + de 20 surpreendentes novos usos da seda, um dos materiais mais elegantes da natureza -- na transmissão da luz, aprimoramento da sustentabilidade, aumento da resistência e em incríveis avanços na área médica. No palco, ele mostra algumas coisas intrigantes feitas com o versátil material.
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineer
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
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I'm thrilled to be here.
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Estou emocionado por estar aqui.
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I'm going to talk about a new, old material
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Vou falar sobre um novo antigo material
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that still continues to amaze us,
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que continua a surpreender-nos,
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and that might impact the way we think
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e poderá impactar a forma como pensamos
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about material science, high technology --
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sobre a ciência de materiais, alta tecnologia --
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and maybe, along the way,
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e, quem sabe, ao mesmo tempo,
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also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
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também fazer algo pela medicina, pela saúde global e ajudar o reflorestamento.
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So that's kind of a bold statement.
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É uma afirmação meio ousada.
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I'll tell you a little bit more.
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Contarei um pouco mais.
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This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.
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Este material tem atributos que o fazem parecer muito bom para ser verdade.
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It's sustainable; it's a sustainable material
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É sustentável; é um material sustentável
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that is processed all in water and at room temperature --
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totalmente processado em água e temperatura ambiente --
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and is biodegradable with a clock,
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e é biodegradável, de forma programável,
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so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
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pode dissolver-se instantâneamente num copo de água
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or have it stable for years.
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ou manter-se estável por anos.
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It's edible; it's implantable in the human body
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É comestível, implantável no corpo humano
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without causing any immune response.
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sem causar qualquer reação imunológica.
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It actually gets reintegrated in the body.
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2000
Ele consegue integrar-se ao corpo.
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And it's technological,
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2000
E é tecnológico,
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so it can do things like microelectronics,
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2000
assim podemos fazer coisas como microeletrônicos,
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and maybe photonics do.
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47000
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e, quem sabe, fotônicos também.
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And the material
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49000
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O material
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looks something like this.
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51000
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assemelha-se a isto.
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In fact, this material you see is clear and transparent.
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De fato, este material é claro e transparente.
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The components of this material are just water and protein.
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Os componentes deste material são apenas água e proteína.
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So this material is silk.
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Este material é seda.
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So it's kind of different
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2000
É algo meio diferente
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from what we're used to thinking about silk.
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65000
2000
de como estamos acostumados a pensar sobre a seda.
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So the question is, how do you reinvent something
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2000
Então a pergunta é: como se reinventa algo
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that has been around for five millennia?
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69000
3000
que já está por aí há cinco milênios?
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The process of discovery, generally, is inspired by nature.
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72000
3000
O processo de descoberta, geralmente, é inspirado pela natureza.
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And so we marvel at silk worms --
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75000
2000
Por isso nos maravilhamos com os bichos-da-seda --
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the silk worm you see here spinning its fiber.
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77000
3000
a lagarta que aqui vemos tecendo sua fibra.
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The silk worm does a remarkable thing:
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80000
2000
O bicho-da-seda faz algo extraordinário:
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it uses these two ingredients, protein and water,
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82000
2000
ele usa estes dois ingredientes, água e proteína,
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that are in its gland,
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84000
2000
que estão em suas glândulas,
01:41
to make a material that is exceptionally tough for protection --
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86000
3000
para fazer um material excepcionalmente resistente para proteção --
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so comparable to technical fibers
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89000
2000
algo comparável às fibras tecnológicas
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like Kevlar.
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91000
2000
como o Kevlar.
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And so in the reverse engineering process
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93000
2000
Então, no processo de engenharia 'reversa'
01:50
that we know about,
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95000
2000
que conhecemos,
01:52
and that we're familiar with,
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97000
2000
e com o qual estamos familiarizados,
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for the textile industry,
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99000
2000
para a indústria têxtil,
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the textile industry goes and unwinds the cocoon
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101000
3000
a indústria têxtil desfaz o casulo
01:59
and then weaves glamorous things.
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104000
2000
e, depois, tece peças belíssimas.
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We want to know how you go from water and protein
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106000
2000
Queremos saber como se vai de água e proteína
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to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
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108000
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a esse Kevlar líquido, a esse Kevlar natural.
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So the insight
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111000
2000
Então a questão é
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is how do you actually reverse engineer this
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3000
como tecnicamente inverter esse processo
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and go from cocoon to gland
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2000
e ir do casulo à glândula
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and get water and protein that is your starting material.
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e obter água e proteína que são sua matéria-prima.
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And this is an insight
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2000
E isso foi descoberto
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that came, about two decades ago,
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2000
há umas duas décadas
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from a person that I'm very fortunate to work with,
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4000
por uma pessoa com quem tenho a sorte de trabalhar,
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David Kaplan.
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3000
David Kaplan.
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And so we get this starting material.
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Assim conseguimos este material inicial.
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And so this starting material is back to the basic building block.
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3000
E este material inicial é a base de tudo.
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And then we use this to do a variety of things --
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2000
E o usamos para fazer uma variedade de coisas --
02:34
like, for example, this film.
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139000
2000
como por exemplo, filmes.
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And we take advantage of something that is very simple.
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141000
2000
E aproveitamos algo muito simples.
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The recipe to make those films
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143000
2000
A receita para fazer esses filmes
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is to take advantage of the fact
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145000
2000
é aproveitar o fato
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that proteins are extremely smart at what they do.
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147000
2000
de que proteínas são extremamente inteligentes no que fazem.
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They find their way to self-assemble.
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149000
2000
Elas encontram um meio de se auto-agruparem.
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So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
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151000
3000
Por isso a receita é simples: despejamos a solução de seda,
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and you wait for the protein to self-assemble.
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154000
2000
e esperamos as proteínas se auto-agruparem.
02:51
And then you detach the protein and you get this film,
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156000
3000
Depois, isolamos as proteínas e conseguimos este filme,
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as the proteins find each other as the water evaporates.
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159000
3000
à medida em que as proteínas se juntam ao evaporar a água.
02:57
But I mentioned that the film is also technological.
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162000
2000
Mas, mencionei que o filme também é tecnológico.
02:59
And so what does that mean?
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164000
2000
Então o que isso significa?
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It means that you can interface it
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166000
3000
Significa que pode-se combiná-lo
03:04
with some of the things that are typical of technology,
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169000
2000
com algumas dessas coisas típicas de tecnologia,
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like microelectronics and nanoscale technology.
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171000
3000
como microeletrônicos e nanotecnologia.
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And the image of the DVD here
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174000
2000
E a imagem deste DVD
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is just to illustrate a point
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176000
2000
é só para ilustrar o fato
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that silk follows very subtle topographies of the surface,
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178000
4000
de que a seda acompanha topografias muito sutis da superfície,
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which means that it can replicate features on the nanoscale.
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182000
3000
significando que ela pode reproduzir elementos em nanoescala.
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So it would be able to replicate the information
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185000
2000
Deste modo poderia reproduzir as informações
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that is on the DVD.
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187000
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contidas no DVD.
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And we can store information that's film with water and protein.
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190000
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E podemos armazenar informação que é filme com água e proteína.
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So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
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193000
3000
Então testamos, e escrevemos uma mensagem num pedaço de seda,
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which is right here, and the message is over there.
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196000
2000
que está bem aqui, e a mensagem está lá.
03:33
And much like in the DVD, you can read it out optically.
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3000
E assim como no DVD, pode-se fazer uma leitura óptica.
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And this requires a stable hand,
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201000
2000
E isto requer uma mão firme,
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so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
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203000
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e foi por isto que decidi fazê-lo no palco em frente de mil pessoas.
03:42
So let me see.
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207000
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Vejamos.
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So as you see the film go in transparently through there,
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209000
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Como se vê, o filme atravessa por aqui,
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and then ...
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211000
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e então ...
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(Applause)
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218000
7000
(Aplausos)
04:00
And the most remarkable feat
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225000
2000
E o mais incrível
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is that my hand actually stayed still long enough to do that.
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227000
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é que minha mão manteve-se firme por tempo suficiente.
04:05
So once you have these attributes
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230000
3000
Então desde que se tenha os atributos
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of this material,
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233000
2000
desse material,
04:10
then you can do a lot of things.
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235000
2000
pode-se fazer muitas coisas.
04:12
It's actually not limited to films.
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237000
2000
Ele realmente não se limita a filmes.
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And so the material can assume a lot of formats.
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239000
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E o material pode assumir muitos formatos.
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And then you go a little crazy, and so you do various optical components
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242000
3000
E podemos inovar, e assim fazermos diversos componentes ópticos
04:20
or you do microprism arrays,
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245000
2000
ou conjuntos de microprismas,
04:22
like the reflective tape that you have on your running shoes.
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247000
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como as tiras refletivas que existem nos tênis de corrida.
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Or you can do beautiful things
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249000
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Ou vocês podem fazer coisas lindas
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that, if the camera can capture, you can make.
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251000
2000
que, se capturadas pela câmera, podemos produzir.
04:28
You can add a third dimensionality to the film.
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253000
3000
Vocês podem adicionar tridimensionalidade ao filme.
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And if the angle is right,
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256000
2000
E se o ângulo estiver correto,
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you can actually see a hologram appear in this film of silk.
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258000
3000
podemos ver um holograma aparecer neste filme de seda.
04:38
But you can do other things.
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263000
2000
Mas vocês podem fazer outras coisas.
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You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
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265000
2000
Vocês podem imaginar a utilização da proteína pura para conduzir luz,
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and so we've made optical fibers.
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267000
2000
e então criamos fibras ópticas.
04:44
But silk is versatile and it goes beyond optics.
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269000
3000
Mas a seda é versátil e vai além da óptica.
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And you can think of different formats.
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272000
2000
E podemos pensar em diferentes formatos.
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So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,
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274000
3000
Por exemplo, se tiver medo de ir ao médico e tomar uma injeção,
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we do microneedle arrays.
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277000
2000
podemos fazer conjuntos de microagulhas.
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What you see there on the screen is a human hair
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279000
2000
O que vocês vêem na tela é um cabelo humano
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superimposed on the needle that's made of silk --
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281000
2000
comparado a uma agulha feita de seda --
04:58
just to give you a sense of size.
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283000
2000
só para terem idéia do tamanho.
05:00
You can do bigger things.
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285000
2000
Podemos fazer coisas maiores.
05:02
You can do gears and nuts and bolts --
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287000
2000
Podemos fazer engrenagens, porcas e parafusos --
05:04
that you can buy at Whole Foods.
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289000
3000
que se compra no "Whole Foods".
05:07
And the gears work in water as well.
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292000
3000
E as engrenagens funcionam na água também.
05:10
So you think of alternative mechanical parts.
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295000
2000
Podemos pensar em peças mecânicas alternativas.
05:12
And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
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297000
3000
E talvez possamos usar o Kevlar líquido se precisarmos de algo resistente
05:15
to replace peripheral veins, for example,
121
300000
3000
para substituir veias periféricas, por exemplo.
05:18
or maybe an entire bone.
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303000
2000
ou talvez um osso inteiro.
05:20
And so you have here a little example
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305000
2000
Então temos aqui um exemplo
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of a small skull --
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307000
2000
de um pequeno crânio --
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what we call mini Yorick.
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309000
2000
demos o nome de mini Yorick.
05:26
(Laughter)
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311000
3000
(Risos)
05:29
But you can do things like cups, for example,
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314000
3000
Mas vocês podem fazer coisas como copos, por exemplo,
05:32
and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
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317000
3000
e se adicionarmos um pouco de ouro, de semicondutores
05:35
you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
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320000
3000
podemos fazer sensores que se fixam na superfície dos alimentos.
05:38
You can do electronic pieces
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323000
2000
Podemos fazer peças eletrônicas
05:40
that fold and wrap.
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325000
2000
que se dobram e se enrolam.
05:42
Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
132
327000
3000
Ou se gostam de moda, umas tatuagens em LED de seda.
05:45
So there's versatility, as you see,
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330000
3000
Há versatilidade, como vocês podem ver,
05:48
in the material formats,
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333000
2000
nos formatos dos materiais,
05:50
that you can do with silk.
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335000
3000
que podemos fazer com a seda.
05:53
But there are still some unique traits.
136
338000
2000
Mas, ainda há algumas peculiaridades.
05:55
I mean, why would you want to do all these things for real?
137
340000
3000
Quero dizer, por que quereríamos, de fato, fazer tudo isso?
05:58
I mentioned it briefly at the beginning;
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343000
2000
Mencionei isso brevemente no início;
06:00
the protein is biodegradable and biocompatible.
139
345000
2000
a proteína é biodegradável e biocompatível.
06:02
And you see here a picture of a tissue section.
140
347000
3000
Vemos aqui a imagem de um pedaço de tecido.
06:05
And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
141
350000
3000
Então o que isso significa, que é biodegradável e biocompatível?
06:08
You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
142
353000
3000
Podemos implantá-lo no corpo sem necessidade de reparar o que foi implantado.
06:11
Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
143
356000
4000
Significando que todos os produtos já vistos, em todos os formatos,
06:15
in principle, can be implanted and disappear.
144
360000
3000
a princípio, podem ser implantados e desaparecer.
06:18
And what you see there in that tissue section,
145
363000
2000
E o que vemos nesse pedaço de tecido,
06:20
in fact, is you see that reflector tape.
146
365000
3000
é, de fato, aquela fita refletora.
06:23
So, much like you're seen at night by a car,
147
368000
3000
Assim, semelhante ao que vemos à noite num carro,
06:26
then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
148
371000
3000
então a ideia é que podemos ver, se iluminarmos o tecido,
06:29
you can see deeper parts of tissue
149
374000
2000
podemos ver partes mais profundas de tecido
06:31
because there is that reflective tape there that is made out of silk.
150
376000
2000
porque há essa fita refletiva lá que é feita de seda.
06:33
And you see there, it gets reintegrated in tissue.
151
378000
2000
E como podemos ver, ela se reintegra ao tecido.
06:35
And reintegration in the human body
152
380000
2000
E reintegração no corpo humano
06:37
is not the only thing,
153
382000
2000
não é a única coisa.
06:39
but reintegration in the environment is important.
154
384000
3000
Mas reintegração ao meio ambiente é importante.
06:42
So you have a clock, you have protein,
155
387000
2000
Então há a biodegradação, as proteínas,
06:44
and now a silk cup like this
156
389000
2000
e agora um copo feito de seda como este
06:46
can be thrown away without guilt --
157
391000
3000
pode ser descartado sem culpa.
06:49
(Applause)
158
394000
7000
(Aplausos)
06:56
unlike the polystyrene cups
159
401000
3000
Ao contrário dos copos de poliestireno
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that unfortunately fill our landfills everyday.
160
404000
3000
que infelizmente lotam diariamente nossos aterros sanitários.
07:02
It's edible,
161
407000
2000
É comestível,
07:04
so you can do smart packaging around food
162
409000
2000
então podemos fazer embalagens especiais para alimentos
07:06
that you can cook with the food.
163
411000
2000
que podem ser cozidas junto com a comida.
07:08
It doesn't taste good,
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413000
2000
O sabor não é bom,
07:10
so I'm going to need some help with that.
165
415000
2000
então precisarei de alguma ajuda nisso.
07:12
But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
166
417000
3000
Mas, provavelmente o mais incrível é que fecha-se o ciclo.
07:15
Silk, during its self-assembly process,
167
420000
2000
Seda, durante seu processo de auto-agrupamento,
07:17
acts like a cocoon for biological matter.
168
422000
2000
age como um casulo por questões biológicas.
07:19
And so if you change the recipe,
169
424000
2000
Então se mudamos a receita,
07:21
and you add things when you pour --
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426000
2000
e adicionamos coisas nessa fase --
07:23
so you add things to your liquid silk solution --
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428000
2000
assim acrescentamos coisas a sua solução líquida de seda
07:25
where these things are enzymes
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430000
2000
tais como enzimas
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or antibodies or vaccines,
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432000
3000
ou anticorpos ou vacinas,
07:30
the self-assembly process
174
435000
2000
o processo de auto-agrupamento
07:32
preserves the biological function of these dopants.
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437000
3000
preserva a função biológica desses componentes.
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So it makes the materials environmentally active
176
440000
3000
Portanto faz os materiais ambientalmente ativos
07:38
and interactive.
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443000
2000
e interativos.
07:40
So that screw that you thought about beforehand
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445000
2000
Desse modo, aquele parafuso que se pensou antes
07:42
can actually be used
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447000
2000
pode realmente ser usado
07:44
to screw a bone together -- a fractured bone together --
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449000
3000
para aparafusar um osso -- fixar um osso fraturado --
07:47
and deliver drugs at the same,
181
452000
2000
e administrar medicamentos ao mesmo tempo,
07:49
while your bone is healing, for example.
182
454000
3000
enquanto o osso está se recuperando, por exemplo.
07:52
Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
183
457000
3000
Ou podemos guardar os medicamentos na carteira e não na geladeira.
07:55
So we've made a silk card
184
460000
3000
Assim fizemos um cartão de seda
07:58
with penicillin in it.
185
463000
2000
embebido com penicilina.
08:00
And we stored penicillin at 60 degrees C,
186
465000
2000
E armazenamos penicilina a 60º C,
08:02
so 140 degrees Fahrenheit,
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467000
2000
140º Fahrenheit,
08:04
for two months without loss of efficacy of the penicillin.
188
469000
3000
por dois meses sem perda de eficácia da penicilina.
08:07
And so that could be ---
189
472000
2000
Então poderia ser --
08:09
(Applause)
190
474000
4000
(Aplausos)
08:13
that could be potentially a good alternative
191
478000
2000
poderia ser potencialmente uma boa alternativa
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to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
192
480000
3000
aos camelos refrigerados a energia solar.
08:18
And of course, there's no use in storage if you can't use [it].
193
483000
3000
E claro, não há sentido em estocar se não puder usar.
08:21
And so there is this other unique material trait
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486000
4000
E há outra característica única
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that these materials have, that they're programmably degradable.
195
490000
3000
desses materiais, que é ser degradável de maneira programável.
08:28
And so what you see there is the difference.
196
493000
2000
E o que vocês vêem é a diferença.
08:30
In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
197
495000
3000
Acima, há um filme programado para não degradar-se,
08:33
and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
198
498000
3000
e abaixo, um filme programado para degradar-se em água.
08:36
And what you see is that the film on the bottom
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501000
2000
Observa-se que o filme abaixo
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releases what is inside it.
200
503000
2000
libera o que há em seu interior.
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So it allows for the recovery of what we've stored before.
201
505000
3000
Permitindo a recuperação do que estava armazenado.
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And so this allows for a controlled delivery of drugs
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508000
3000
E isso permite uma liberação controlada de medicamentos
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and for reintegration in the environment
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511000
3000
e uma reintegração ao meio ambiente
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in all of these formats that you've seen.
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514000
2000
em todos esses formatos que já vimos.
08:51
So the thread of discovery that we have really is a thread.
205
516000
3000
Portanto, a nossa descoberta é realmente um fio de esperança.
08:54
We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
206
519000
3000
Estamos apaixonados pela ideia de que seja o que for que queiram fazer,
08:57
whether you want to replace a vein or a bone,
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522000
2000
seja substituir uma veia ou um osso,
08:59
or maybe be more sustainable in microelectronics,
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524000
3000
ou talvez ser mais sustentável em microeletrônica,
09:02
perhaps drink a coffee in a cup
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527000
2000
talvez tomar café num copo
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and throw it away without guilt,
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529000
2000
e jogá-lo fora sem culpa,
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maybe carry your drugs in your pocket,
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531000
2000
talvez carregar seus medicamentos no bolso,
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deliver them inside your body
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533000
2000
administrá-los em de seu corpo
09:10
or deliver them across the desert,
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535000
2000
ou transportá-lo pelo deserto,
09:12
the answer may be in a thread of silk.
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537000
2000
a resposta pode estar num fio de seda.
09:14
Thank you.
215
539000
2000
Obrigado.
09:16
(Applause)
216
541000
18000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineerFiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk.
Why you should listen
Fiorenzo Omenetto is a Professor of Biomedical Engineering and leads the laboratory for Ultrafast Nonlinear Optics and Biophotonics at Tufts University and also holds an appointment in the Department of Physics. Formerly a J. Robert Oppenheimer Fellow at Los Alamos National Laboratory before joining Tufts, his research is focused on interdisciplinary themes that span nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), optofluidics and biopolymer based photonics. He has published over 100 papers and peer-review contributions across these various disciplines.
Since moving to Tufts at the end of 2005, he has proposed and pioneered (with David Kaplan) the use of silk as a material platform for photonics, optoelectronics and high-technology applications. This new research platform has recently been featured in MIT's Technology Review as one of the 2010 "top ten technologies likely to change the world."
Fiorenzo Omenetto | Speaker | TED.com