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Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future
Fiorenzo Omenetto: A seda, o antigo material do futuro
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Fiorenzo Omenetto ilustra uma vintena de espantosas novas utilizações para a seda, uma das matérias-primas naturais mais espantosas - transmissão de luz, aumento da sustentabilidade, reforço da resistência mecânica e produção de implantes cirúrgicos. Em pleno palco, Fiorenzo mostra alguns materiais surpreendentes feitos a partir de uma substância espantosa.
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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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-vos de 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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com o enorme impacto que tem na forma como pensamos
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about material science, high technology --
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3000
sobre a Ciência dos materiais, alta tecnologia --
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and maybe, along the way,
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e, provavelmente, ao mesmo tempo,
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also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
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terá consequências nas áreas da medicina, saúde global, e reflorestação.
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So that's kind of a bold statement.
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Parece impressionante...
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I'll tell you a little bit more.
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Vou dizer-Vos 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 apresenta algumas características que parecem ser demasiado boas para ser verdade
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It's sustainable; it's a sustainable material
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É sustentável; é um material de produção sustentável
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that is processed all in water and at room temperature --
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é processado em água, a temperatura ambiente --
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and is biodegradable with a clock,
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é biodegradável
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so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
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32000
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- pode dissolver-se instantaneamente num copo de água -
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or have it stable for years.
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ou pode manter-se estável durante anos.
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It's edible; it's implantable in the human body
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É comestível, é implantável no corpo humano
00:54
without causing any immune response.
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sem causar reacção imunitária.
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It actually gets reintegrated in the body.
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41000
2000
De facto, este material é absorvido pelo corpo
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And it's technological,
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43000
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É 'tecnológico',
01:00
so it can do things like microelectronics,
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45000
2000
pode incorporar-se em microelectrónica,
01:02
and maybe photonics do.
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47000
2000
ou fotónica.
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And the material
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49000
2000
E este material espantoso
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looks something like this.
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51000
3000
assemelha-se a algo como isto.
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In fact, this material you see is clear and transparent.
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Este material é claro e transparente.
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The components of this material are just water and protein.
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57000
3000
Os componentes deste material são só água e proteínas.
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So this material is silk.
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60000
3000
Este material é ... seda.
01:18
So it's kind of different
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63000
2000
É um pouco diferente
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from what we're used to thinking about silk.
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65000
2000
da seda que estamos habituados a ver...
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So the question is, how do you reinvent something
29
67000
2000
... o que coloca a questão - Como reinventar algo
01:24
that has been around for five millennia?
30
69000
3000
que esteve connosco durante cinco milénios?
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The process of discovery, generally, is inspired by nature.
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72000
3000
O processo de descoberta é, geralmente, inspirado pela Natureza.
01:30
And so we marvel at silk worms --
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75000
2000
Maravilhemo-nos com o bicho da seda --
01:32
the silk worm you see here spinning its fiber.
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77000
3000
a lagarta que aqui vemos produzindo a sua seda.
01:35
The silk worm does a remarkable thing:
34
80000
2000
O bicho da (Bombyx mori) seda faz algo admirável;
01:37
it uses these two ingredients, protein and water,
35
82000
2000
Utiliza dois ingredientes, proteína e água,
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that are in its gland,
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84000
2000
produzidos na sua glândula sericígena,
01:41
to make a material that is exceptionally tough for protection --
37
86000
3000
para produzir um material excepcionalment robusto, para a sua protecção ---
01:44
so comparable to technical fibers
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89000
2000
comparável a fibras sintéticas
01:46
like Kevlar.
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91000
2000
como o Kevlar ®.
01:48
And so in the reverse engineering process
40
93000
2000
Assim, no processo inverso
01:50
that we know about,
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95000
2000
que nós conhecemos
01:52
and that we're familiar with,
42
97000
2000
e com que estamos familiarizados
01:54
for the textile industry,
43
99000
2000
da indústria têxtil,
01:56
the textile industry goes and unwinds the cocoon
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101000
3000
o processo 'desenrola' o casulo
01:59
and then weaves glamorous things.
45
104000
2000
e produz coisas lindíssimas.
02:01
We want to know how you go from water and protein
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106000
2000
Queremos saber como, a partir de água e proteínas,
02:03
to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
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108000
3000
podemos chegar à forma líquida, e, daí, a este "Kevlar" natural.
02:06
So the insight
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111000
2000
O "truque"
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is how do you actually reverse engineer this
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113000
3000
é, de facto, como inverter este processo
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and go from cocoon to gland
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116000
2000
e, partindo do casulo, chegar à glândula sericígena
02:13
and get water and protein that is your starting material.
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118000
3000
e obter água e proteína (que são os componentes iniciais).
02:16
And this is an insight
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121000
2000
E este "truque", esta inspiração
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that came, about two decades ago,
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123000
2000
recebi-a há cerca de duas décadas
02:20
from a person that I'm very fortunate to work with,
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125000
4000
de uma pessoa com quem tenho a sorte de trabalhar,
02:24
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, consideremos esta matéria-prima.
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And so this starting material is back to the basic building block.
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134000
3000
e decomponhamo-la nos seus constituintes.
02:32
And then we use this to do a variety of things --
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137000
2000
Podemos utilizar estes constituintes para fazer coisas muito diferentes --
02:34
like, for example, this film.
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139000
2000
por exemplo, películas.
02:36
And we take advantage of something that is very simple.
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141000
2000
E podemos aproveitar-nos de algo muito simples.
02:38
The recipe to make those films
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143000
2000
A receita para fazer estas películas
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is to take advantage of the fact
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145000
2000
é aproveitar o facto
02:42
that proteins are extremely smart at what they do.
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147000
2000
de as proteínas serem muito "inteligentes"
02:44
They find their way to self-assemble.
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149000
2000
... encontram formas de se auto-arrumarem
02:46
So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
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151000
3000
Pegamos na solução de seda, espalhamo-la numa superfície,
02:49
and you wait for the protein to self-assemble.
66
154000
2000
e esperamos que a proteína se auto-arrume.
02:51
And then you detach the protein and you get this film,
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156000
3000
destacamos o "resíduo" e obtemos esta película,
02:54
as the proteins find each other as the water evaporates.
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159000
3000
criada à medida que o solvente se evaporou e as moléculas se encaixaram umas nas outras...
02:57
But I mentioned that the film is also technological.
69
162000
2000
Mencionei a utilização tecnológica desta palícula;
02:59
And so what does that mean?
70
164000
2000
O que quer isto significa?
03:01
It means that you can interface it
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166000
3000
Significa que podemos combinar este material
03:04
with some of the things that are typical of technology,
72
169000
2000
com outros componentes tecnológicos,
03:06
like microelectronics and nanoscale technology.
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171000
3000
como componentes da microelectrónica ou nanotecnologia.
03:09
And the image of the DVD here
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174000
2000
... e esta imagem de um DVD
03:11
is just to illustrate a point
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176000
2000
ilustra o facto
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that silk follows very subtle topographies of the surface,
76
178000
4000
de a seda acompanhar detalhes muito subtis da superfície,
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which means that it can replicate features on the nanoscale.
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182000
3000
o que permite replicar detalhes a nível nano (micro) scópico.
03:20
So it would be able to replicate the information
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185000
2000
É, assim, possível replicar a informação
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that is on the DVD.
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187000
3000
contida neste DVD.
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And we can store information that's film with water and protein.
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190000
3000
Podemos armazenar informação num suporte de água e proteína.
03:28
So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
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193000
3000
Podemos escrever uma mensagem num pedaço de seda,
03:31
which is right here, and the message is over there.
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196000
2000
aqui está, a mensagem está aqui.
03:33
And much like in the DVD, you can read it out optically.
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198000
3000
E, tal como o DVD, podemos proceder a uma leitura óptica,
03:36
And this requires a stable hand,
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201000
2000
o que requer uma mão muito segura,
03:38
so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
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203000
3000
pelo que decidi fazê-lo num palco, em frente a mil pessoas.
03:42
So let me see.
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207000
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Vejamos...
03:44
So as you see the film go in transparently through there,
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209000
2000
Como podem ver, a película passa por aqui
03:46
and then ...
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211000
2000
e então...
03:53
(Applause)
89
218000
7000
(palmas...)
04:00
And the most remarkable feat
90
225000
2000
E o mais importante...
04:02
is that my hand actually stayed still long enough to do that.
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227000
3000
é que a minha mão se manteve firme o tempo suficiente para o efeito...
04:05
So once you have these attributes
92
230000
3000
Assim, com as características
04:08
of this material,
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233000
2000
deste material,
04:10
then you can do a lot of things.
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235000
2000
podemos fazer uma série de coisas.
04:12
It's actually not limited to films.
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237000
2000
não apenas limitadas a películas;
04:14
And so the material can assume a lot of formats.
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239000
3000
a seda pode assumir muitas outras formas
04:17
And then you go a little crazy, and so you do various optical components
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242000
3000
incluindo componentes ópticos
04:20
or you do microprism arrays,
98
245000
2000
conjuntos de microprismas
04:22
like the reflective tape that you have on your running shoes.
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247000
2000
como a fita reflectora utilizada nas sapatilhas de corrida
04:24
Or you can do beautiful things
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249000
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Ou podemos fazer coisas bonitas
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that, if the camera can capture, you can make.
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251000
2000
capturáveis pelas máquinas fotográficas.
04:28
You can add a third dimensionality to the film.
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253000
3000
Podemos adicionar tridimensionalidade à película que vimos antes...
04:31
And if the angle is right,
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256000
2000
... e, se o ângulo for o correcto,
04:33
you can actually see a hologram appear in this film of silk.
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258000
3000
podemos ver aparecer um holograma nesta película de seda.
04:38
But you can do other things.
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263000
2000
Mas podemos ainda fazer outras coisas.
04:40
You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
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265000
2000
Podemos utilizar proteína pura para conduzir luz,
04:42
and so we've made optical fibers.
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267000
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e por isso criámos fibras ópticas.
04:44
But silk is versatile and it goes beyond optics.
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269000
3000
Mas a versatilidade da seda ultrapassa esta utilização
04:47
And you can think of different formats.
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272000
2000
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
Se, por exemplo, tem medo das agulhas dos consultórios médicos,
04:52
we do microneedle arrays.
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277000
2000
pode utilizar uma série 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 está projectado no ecrâ é um cabelo humano
04:56
superimposed on the needle that's made of silk --
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281000
2000
comparado com uma agulha feita de seda --
04:58
just to give you a sense of size.
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283000
2000
para Vos dar uma ideia das dimensões relativas.
05:00
You can do bigger things.
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285000
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Podemos fazer objectos maiores.
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You can do gears and nuts and bolts --
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287000
2000
como parafusos, porcas, rodas dentadas --
05:04
that you can buy at Whole Foods.
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289000
3000
que pode comprar em "Whole Foods."
05:07
And the gears work in water as well.
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292000
3000
Estas peças podem operar em água
05:10
So you think of alternative mechanical parts.
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295000
2000
podemos pensar em partes mecânicas
05:12
And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
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297000
3000
e podemos pensar em utilizar este material se necessitarmos de um material 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 completo.
05:20
And so you have here a little example
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305000
2000
Aqui está um pequeno exemplo
05:22
of a small skull --
124
307000
2000
ou talvez um pequeno crânio---
05:24
what we call mini Yorick.
125
309000
2000
que poderemos chamar mini Yorick (cf. Hamlet/Shakespeare).
05:26
(Laughter)
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311000
3000
(risos)
05:29
But you can do things like cups, for example,
127
314000
3000
Podemos fazer chávenas, por exemplo
05:32
and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
128
317000
3000
e, se adicionarmos um pouco de ouro, podemos obter semicondutores
05:35
you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
129
320000
3000
podemos faze sensores que se fixam na superfície de bens alimentares
05:38
You can do electronic pieces
130
323000
2000
podemos fazer componentes electrónicos
05:40
that fold and wrap.
131
325000
2000
que se dobram e enrolam
05:42
Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
132
327000
3000
ou, no campo da moda, podemos fazer tatuagens com LEDs
05:45
So there's versatility, as you see,
133
330000
3000
Temos, portanto, versatilidade
05:48
in the material formats,
134
333000
2000
no que podemos obter
05:50
that you can do with silk.
135
335000
3000
a partir da seda.
05:53
But there are still some unique traits.
136
338000
2000
Mas temos alguns desafios...
05:55
I mean, why would you want to do all these things for real?
137
340000
3000
Porque quereríamos, de facto, fazer algumas destas coisas?
05:58
I mentioned it briefly at the beginning;
138
343000
2000
Mencionei a principal causa, 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
Vejam esta imagem de uma secção de um tecido
06:05
And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
141
350000
3000
o que significa biodegradável e biocompatível?
06:08
You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
142
353000
3000
Podemos implantar este material no corpo sem necessidade de recuperação posterior
06:11
Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
143
356000
4000
o que quer dizer que todos os objectos que viram antes
06:15
in principle, can be implanted and disappear.
144
360000
3000
podem, em princípio, ser implantados e desaparecer.
06:18
And what you see there in that tissue section,
145
363000
2000
E o que estamos a ver, nesta secção,
06:20
in fact, is you see that reflector tape.
146
365000
3000
é uma fita reflectora.
06:23
So, much like you're seen at night by a car,
147
368000
3000
semelhante às que são usadas para sermos vistos à noite, pelos condutores de veículos automóveis...
06:26
then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
148
371000
3000
se pudermos iluminar o material
06:29
you can see deeper parts of tissue
149
374000
2000
poderemos ver melhor o seu interior
06:31
because there is that reflective tape there that is made out of silk.
150
376000
2000
porque a fita reflectora é feita de seda.
06:33
And you see there, it gets reintegrated in tissue.
151
378000
2000
e, como podem ver, é reabsorvida pelo tecido.
06:35
And reintegration in the human body
152
380000
2000
e a reintegração, no corpo humano,
06:37
is not the only thing,
153
382000
2000
não é o único ponto
06:39
but reintegration in the environment is important.
154
384000
3000
Também a "reintegração" ambiental é importante
06:42
So you have a clock, you have protein,
155
387000
2000
Temos uma velocidade de decomposição das proteínas,
06:44
and now a silk cup like this
156
389000
2000
e uma chávena de seda como esta
06:46
can be thrown away without guilt --
157
391000
3000
pode ser descartada sem culpa.
06:49
(Applause)
158
394000
7000
(Palmas)
06:56
unlike the polystyrene cups
159
401000
3000
Contrariamente às chávenas de polistireno
06:59
that unfortunately fill our landfills everyday.
160
404000
3000
que, infelizmente, contaminam a natureza diariamente
07:02
It's edible,
161
407000
2000
- é comestível
07:04
so you can do smart packaging around food
162
409000
2000
pelo que pode utilizá-la para acomodar bens alimentares
07:06
that you can cook with the food.
163
411000
2000
pode cozinhá-la
07:08
It doesn't taste good,
164
413000
2000
Não tem um sabor particularmente agradável
07:10
so I'm going to need some help with that.
165
415000
2000
- preciso de ajuda neste ponto -
07:12
But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
166
417000
3000
mas o mais importante é o fecho do ciclo.
07:15
Silk, during its self-assembly process,
167
420000
2000
A seda, durante o seu processo de formação
07:17
acts like a cocoon for biological matter.
168
422000
2000
actua como um casulo para a matéria orgânica
07:19
And so if you change the recipe,
169
424000
2000
pelo que se mudarmos a receita,
07:21
and you add things when you pour --
170
426000
2000
e adicionarmos alguns ingredientes nesta fase --
07:23
so you add things to your liquid silk solution --
171
428000
2000
vamos adicionar alguns ingredientes extras --
07:25
where these things are enzymes
172
430000
2000
estamos a adicionar enzimas
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or antibodies or vaccines,
173
432000
3000
ou anticorpos, ou vacinas,
07:30
the self-assembly process
174
435000
2000
o processo de auto-formação
07:32
preserves the biological function of these dopants.
175
437000
3000
preserva a função biológica destes componentes
07:35
So it makes the materials environmentally active
176
440000
3000
tornando o produto ambientalmente activo
07:38
and interactive.
177
443000
2000
e interactivo.
07:40
So that screw that you thought about beforehand
178
445000
2000
Assim, o parafuso que viu há pouco
07:42
can actually be used
179
447000
2000
pode, de facto, ser utilizado
07:44
to screw a bone together -- a fractured bone together --
180
449000
3000
para fixar um osso - um osso partido --
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 se recupera
07:52
Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
183
457000
3000
ou pode conservar remédios na sua carteira, e não no frigorífico.
07:55
So we've made a silk card
184
460000
3000
Fizemos um cartão de seda
07:58
with penicillin in it.
185
463000
2000
com penicilina
08:00
And we stored penicillin at 60 degrees C,
186
465000
2000
e armazenámos penicilina a 60ºC
08:02
so 140 degrees Fahrenheit,
187
467000
2000
(140 ºF)
08:04
for two months without loss of efficacy of the penicillin.
188
469000
3000
durante dois meses, sem perda da eficácia do princípio activo.
08:07
And so that could be ---
189
472000
2000
Assim, estes métodos --
08:09
(Applause)
190
474000
4000
(Palmas)
08:13
that could be potentially a good alternative
191
478000
2000
poderiam ser boas alternativas
08:15
to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
192
480000
3000
a 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
Claro que não há nenhuma vantagem em guardar se não se usar
08:21
And so there is this other unique material trait
194
486000
4000
e temos outra característica única neste material
08:25
that these materials have, that they're programmably degradable.
195
490000
3000
cuja biodegradação se pode programar
08:28
And so what you see there is the difference.
196
493000
2000
Veja aqui a diferença
08:30
In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
197
495000
3000
No topo, temos uma película que foi programada para não se degradar
08:33
and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
198
498000
3000
e, em baixo, uma película programada para se degradar em água
08:36
And what you see is that the film on the bottom
199
501000
2000
observa-se que a película que está em baixo
08:38
releases what is inside it.
200
503000
2000
liberta o componente activo
08:40
So it allows for the recovery of what we've stored before.
201
505000
3000
permitindo a recuperação do que foi armazenado
08:43
And so this allows for a controlled delivery of drugs
202
508000
3000
o que permite uma libertação controlada de princípios activos.
08:46
and for reintegration in the environment
203
511000
3000
e a reintegração (biodegradação) no ambiente
08:49
in all of these formats that you've seen.
204
514000
2000
em todos os formatos que apresentei.
08:51
So the thread of discovery that we have really is a thread.
205
516000
3000
Este fio condutor de descoberta é, de facto, um fio condutor
08:54
We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
206
519000
3000
Estamos empolgados com a ideia de que para tudo o que queremos fazer,
08:57
whether you want to replace a vein or a bone,
207
522000
2000
quer seja substituir uma veia ou um osso,
08:59
or maybe be more sustainable in microelectronics,
208
524000
3000
ou ter equipamento de microelectónica mais sustentável,
09:02
perhaps drink a coffee in a cup
209
527000
2000
beber um café numa chávena de uso único,
09:04
and throw it away without guilt,
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529000
2000
e deitá-la fora sem culpa,
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maybe carry your drugs in your pocket,
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531000
2000
transportar os nossos medicamentos no bolso,
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deliver them inside your body
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533000
2000
administrá-los dentro do nosso corpo,
09:10
or deliver them across the desert,
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535000
2000
ou transportá-los em condições extremas,
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)
Translated by Ricardo Matos
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