TEDGlobal 2012
Manu Prakash: A 50-cent microscope that folds like origami
Ману Пракаш: Микроскоп за 50 центов, который складывается, как оригами
Filmed:
Readability: 4.1
2,182,867 views
Вы когда-нибудь играли с бумажной куклой или складывали лебедя из оригами? Участник программы TED Fellow Ману Пракаш и его команда создали микроскоп, изготовленный из бумаги, который легко складывать и использовать. Блестящая демонстрация показывает, как это изобретение может сделать прорыв в здравоохранении развивающихся стран и сделать почти все практические научные эксперименты забавными.
Manu Prakash - Physicist, inventor
TED Fellow Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health. Full bio
TED Fellow Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
The year is 1800.
0
747
2323
1800 год.
00:15
A curious little invention is being talked about.
1
3070
3056
Люди обсуждают чудное
маленькое изобретение
маленькое изобретение
00:18
It's called a microscope.
2
6126
3081
под названием микроскоп.
00:21
What it allows you to do
3
9207
1779
Оно позволяет
00:22
is see tiny little lifeforms
4
10986
2642
видеть крошечные жизненные формы,
00:25
that are invisible to the naked eye.
5
13628
2487
невидимые невооружённым глазом.
00:28
Soon comes the medical discovery
6
16115
2028
Вскоре медицина делает
следующее открытие:
следующее открытие:
00:30
that many of these lifeforms are actually causes
7
18143
3085
многие из данных форм вызывают
00:33
of terrible human diseases.
8
21228
2191
ужасные болезни у человека.
00:35
Imagine what happened to the society
9
23419
2785
Представьте,
что произошло в обществе,
что произошло в обществе,
00:38
when they realized
10
26204
1988
когда люди узнали,
00:40
that an English mom in her teacup
11
28192
2816
что старушка-Англия
пила из чайной чашки
пила из чайной чашки
00:43
actually was drinking a monster soup,
12
31008
3136
чудовищную гремучую смесь.
00:46
not very far from here. This is from London.
13
34144
3149
И не так далеко отсюда.
В Лондоне.
В Лондоне.
00:49
Fast forward 200 years.
14
37293
2842
Перенесёмся на 200 лет вперёд.
00:52
We still have this monster soup around,
15
40135
2132
Эта гремучая смесь
всё ещё вокруг нас.
всё ещё вокруг нас.
00:54
and it's taken hold in the developing countries
16
42267
2855
Сохраняется она
и в развивающихся странах
и в развивающихся странах
00:57
around the tropical belt.
17
45122
2416
вокруг тропической зоны.
00:59
Just for malaria itself,
18
47538
2563
Только от одной малярии
01:02
there are a million deaths a year,
19
50101
2445
в год умирает миллион человек,
01:04
and more than a billion people
20
52546
1746
а более миллиарда человек
01:06
that need to be tested because they are at risk
21
54292
2648
необходимо проверить,
так как они в зоне риска,
так как они в зоне риска,
01:08
for different species of malarial infections.
22
56940
3235
потому что существуют разные
виды малярийных инфекций.
виды малярийных инфекций.
01:12
Now it's actually very simple to put a face
23
60175
2811
Сейчас очень просто различить
01:14
to many of these monsters.
24
62986
1795
многие из этих ужасных вирусов.
01:16
You take a stain, like acridine orange
25
64781
2627
Вы берёте краситель:
акридиновый оранжевый,
акридиновый оранжевый,
01:19
or a fluorescent stain or Giemsa,
26
67408
2117
или флуоресцентный,
или краситель Гимза,
или краситель Гимза,
01:21
and a microscope, and you look at them.
27
69525
3113
микроскоп и смотрите на них.
01:24
They all have faces.
28
72638
2380
У всех у них есть своё лицо.
01:27
Why is that so, that Alex in Kenya,
29
75018
2638
Почему же тогда Алекс в Кении,
01:29
Fatima in Bangladesh, Navjoot in Mumbai,
30
77656
3228
Фатима в Бангладеш,
Навджут в Мумбае,
Навджут в Мумбае,
01:32
and Julie and Mary in Uganda still wait months
31
80884
3421
Джули и Мэри в Уганде
месяцами ожидают
месяцами ожидают
01:36
to be able to diagnose why they are sick?
32
84305
3579
диагноза своей болезни?
01:39
And that's primarily because scalability
33
87884
3026
Прежде всего потому,
что масштабная диагностика
что масштабная диагностика
01:42
of the diagnostics is completely out of reach.
34
90910
3032
целиком недоступна.
01:45
And remember that number: one billion.
35
93942
3916
Запомните это число:
один миллиард.
один миллиард.
01:49
The problem lies with the microscope itself.
36
97858
3901
Проблема — в самом микроскопе.
01:53
Even though the pinnacle of modern science,
37
101759
2376
Даже достижение современной науки —
01:56
research microscopes are
not designed for field testing.
not designed for field testing.
38
104135
3135
исследовательские микроскопы — не разработаны
для исследований в полевых условиях.
для исследований в полевых условиях.
01:59
Neither were they first designed
39
107270
1680
С самого начала
02:00
for diagnostics at all.
40
108950
2151
они не были спроектированы
и для диагностики.
и для диагностики.
02:03
They are heavy, bulky, really hard to maintain,
41
111101
3388
Они тяжёлые, громоздкие,
требуют серьёзного техобслуживания
требуют серьёзного техобслуживания
02:06
and cost a lot of money.
42
114489
2301
и стоят много денег.
02:08
This picture is Mahatma Gandhi in the '40s
43
116790
3405
Это фотография 1940-х годов:
Махатма Ганди
Махатма Ганди
02:12
using the exact same setup
that we actually use today
that we actually use today
44
120195
3294
использовал то же устройство,
что и мы сегодня,
что и мы сегодня,
02:15
for diagnosing T.B. in his ashram
45
123489
2684
для диагностики туберкулёза
в своём ашраме
в своём ашраме
02:18
in Sevagram in India.
46
126173
2445
в Севаграм в Индии.
02:20
Two of my students, Jim and James,
47
128618
3327
Два моих студента, Джим и Джеймс,
02:23
traveled around India and Thailand,
48
131945
2320
путешествуя по Индии и Таиланду,
02:26
starting to think about this problem a lot.
49
134265
2252
много размышляли над этой проблемой.
02:28
We saw all kinds of donated equipment.
50
136517
2475
Мы увидели всевозможные виды
пожертвованного оборудования.
пожертвованного оборудования.
02:30
We saw fungus growing on microscope lenses.
51
138992
2912
Мы увидели покрытые плесенью
линзы микроскопа.
линзы микроскопа.
02:33
And we saw people who had a functional microscope
52
141904
2195
Мы увидели и работающий
микроскоп у людей,
микроскоп у людей,
02:36
but just didn't know how to even turn it on.
53
144099
2951
но никто не знал,
как его хотя бы включить.
как его хотя бы включить.
02:39
What grew out of that work and that trip
54
147050
2640
Эта поездка
и проделанная нами работа
и проделанная нами работа
02:41
was actually the idea of what we call Foldscopes.
55
149690
3751
вдохновили нас на создание
так называемых «фолдскопов».
так называемых «фолдскопов».
02:45
So what is a Foldscope?
56
153441
1823
Так что же такое фолдскоп?
02:47
A Foldscope is a completely functional microscope,
57
155264
3549
Фолдскоп — это вполне
функциональный микроскоп,
функциональный микроскоп,
02:50
a platform for fluorescence, bright-field,
58
158813
3130
это система флюоресценции
с высокой освещённостью,
с высокой освещённостью,
02:53
polarization, projection,
59
161943
1575
поляризации, проекции
02:55
all kinds of advanced microscopy
60
163518
2568
и всех видов современной микроскопии.
02:58
built purely by folding paper.
61
166086
3215
Он построен по принципу оригами.
03:01
So, now you think, how is that possible?
62
169301
2861
Сейчас вы думаете:
«Как такое возможно?»
«Как такое возможно?»
03:04
I'm going to show you some examples here,
63
172162
1963
Я покажу вам несколько примеров,
03:06
and we will run through some of them.
64
174125
1801
и мы разберём некоторые из них.
03:07
It starts with a single sheet of paper.
65
175926
3784
Всё начинается с листка бумаги.
03:11
What you see here is all the possible components
66
179710
3371
Здесь вы видите
всевозможные компоненты
всевозможные компоненты
03:15
to build a functional bright-field
and fluorescence microscope.
and fluorescence microscope.
67
183081
4425
для сборки функционального флуоресцентного
микроскопа с высокой освещённостью.
микроскопа с высокой освещённостью.
03:19
So, there are three stages:
68
187506
1809
Существует три этапа:
03:21
There is the optical stage, the illumination stage
69
189315
2749
оптический, этап освещения
03:24
and the mask-holding stage.
70
192064
2468
и этап фиксирующего шаблона.
03:26
And there are micro optics at the bottom
71
194532
1872
Внизу находится микрооптика,
03:28
that's actually embedded in the paper itself.
72
196404
2874
которая вставлена
непосредственно в бумагу.
непосредственно в бумагу.
03:31
What you do is, you take it on,
73
199278
2504
Итак, вы берётесь за это дело,
03:33
and just like you are playing like a toy,
74
201782
2776
словно играете в игрушки,
03:36
which it is,
75
204558
3087
как эта.
03:40
I tab it off,
76
208584
3030
Я вынимаю эту таблицу из рамки
03:47
and I break it off.
77
215039
2182
и выдавливаю её части.
03:49
This paper has no instructions and no languages.
78
217221
2724
На бумаге нет никаких
инструкций и надписей.
инструкций и надписей.
03:51
There is a code, a color code embedded,
79
219945
2319
Есть нанесённый цветовой код,
03:54
that tells you exactly how to
fold that specific microscope.
fold that specific microscope.
80
222264
4611
который и подсказывает вам,
как собрать этот микроскоп.
как собрать этот микроскоп.
03:58
When it's done, it looks something like this,
81
226875
2649
Готовый микроскоп выглядит
следующим образом.
следующим образом.
04:01
has all the functionalities of a standard microscope,
82
229524
2731
У него есть все функциональные возможности
стандартного микроскопа,
стандартного микроскопа,
04:04
just like an XY stage,
83
232255
1881
как система позиционирования XY,
04:06
a place where a sample slide could go,
84
234136
4421
место, куда может войти
предметное стекло с образцом,
предметное стекло с образцом,
04:10
for example right here.
85
238557
2540
например, вот сюда.
04:13
We didn't want to change this,
86
241097
1512
Мы не хотели это менять,
04:14
because this is the standard
87
242609
1372
так как это стандарт,
04:15
that's been optimized for over the years,
88
243981
1853
который улучшался и утверждался годами.
04:17
and many health workers are actually used to this.
89
245834
2696
Много работников службы
здравоохранения привыкли к нему.
здравоохранения привыкли к нему.
04:20
So this is what changes,
90
248530
1461
Вот что меняется.
04:21
but the standard stains all remain the same
91
249991
2167
А стандартные красители
остаются теми же
остаются теми же
04:24
for many different diseases.
92
252158
1775
для возбудителей
многих различных болезней.
многих различных болезней.
04:25
You pop this in.
93
253933
2932
Вы вставляете это внутрь.
04:28
There is an XY stage,
94
256865
3886
Сначала действует система
позиционирования XY,
позиционирования XY,
04:32
and then there is a focusing stage,
95
260751
1973
затем фаза фокусировки,
04:34
which is a flexure mechanism
96
262724
1866
где действует механизм сгибания,
04:36
that's built in paper itself that allows us to move
97
264590
2553
встроенный в бумагу,
который позволяет нам
который позволяет нам
04:39
and focus the lenses by micron steps.
98
267143
2981
двигать и фокусировать линзы по микрону.
04:42
So what's really interesting about this object,
99
270124
2133
У этого предмета
есть интересная особенность.
есть интересная особенность.
04:44
and my students hate when I do this,
100
272257
1883
Моим студентам жутко не нравится,
когда я это делаю,
когда я это делаю,
04:46
but I'm going to do this anyway,
101
274140
1761
но я собираюсь сделать это так или иначе.
04:47
is these are rugged devices.
102
275901
1956
Это прочное устройство.
04:49
I can turn it on and throw it on the floor
103
277857
4577
Я могу включить его, бросить на пол
04:54
and really try to stomp on it.
104
282434
2952
и попытаться растоптать.
04:57
And they last, even though they're designed
105
285386
2375
Они выдерживают такую нагрузку,
хотя сделаны
хотя сделаны
04:59
from a very flexible material, like paper.
106
287761
3463
из бумаги, очень гибкого материала.
05:03
Another fun fact is, this is what we actually
107
291224
2852
Другой забавный факт состоит в том,
05:06
send out there as a standard diagnostic tool,
108
294076
4055
что мы выпустили стандартный
диагностический инструмент,
диагностический инструмент,
05:10
but here in this envelope
109
298131
1769
а в этом конверте
05:11
I have 30 different foldscopes
110
299900
2391
у меня 30 различных фолдскопов
05:14
of different configurations all in a single folder.
111
302291
5731
разных конфигураций в одной папке.
05:20
And I'm going to pick one randomly.
112
308022
1812
Я выберу один наугад.
05:21
This one, it turns out, is actually designed
113
309834
2082
Этот, например, разработан
05:23
specifically for malaria,
114
311916
1563
для обнаружения возбудителя малярии,
05:25
because it has the fluorescent filters built
115
313479
2311
так как он снабжён
флуоресцентными фильтрами,
флуоресцентными фильтрами,
05:27
specifically for diagnosing malaria.
116
315790
2097
изготовленными специально для этого.
05:29
So the idea of very specific diagnostic microscopes
117
317887
3928
Идея создания особенных
диагностических микроскопов
диагностических микроскопов
05:33
comes out of this.
118
321815
1766
возникает на этом фоне.
05:35
So up till now, you didn't actually see
119
323581
2939
До сих пор вы не видели то,
05:38
what I would see from one of these setups.
120
326520
2957
что я мог увидеть с помощью
одного из этих устройств.
одного из этих устройств.
05:41
So what I would like to do is,
121
329477
1681
Я бы хотел показать следующее.
05:43
if we could dim the lights, please,
122
331158
1626
Если можно,
потушите свет, пожалуйста.
потушите свет, пожалуйста.
05:44
it turns out foldscopes are
also projection microscopes.
also projection microscopes.
123
332784
3665
Оказывается, фолдскопы также являются
проекционными микроскопами.
проекционными микроскопами.
05:48
I have these two microscopes that I'm going to turn --
124
336449
2534
Я включу эти два микроскопа,
05:50
go to the back of the wall --
125
338983
1753
зайду за стену
05:52
and just project, and this way you will see
126
340736
1708
и буду проецировать,
и вы увидите то,
и вы увидите то,
05:54
exactly what I would see.
127
342444
2120
что видел бы я.
05:56
What you're looking at --
128
344564
1786
Вы смотрите на —
05:58
(Applause) —
129
346350
2383
(Аплодисменты)
06:00
This is a cross-section of a compound eye,
130
348733
2636
поперечное сечение
фасеточного глаза.
фасеточного глаза.
06:03
and when I'm going to zoom in closer, right there,
131
351369
2351
Когда я увеличиваю изображение
вот здесь,
вот здесь,
06:05
I am going through the z-axis.
132
353720
2244
я прохожу ось Z.
06:07
You actually see how the lenses are cut together
133
355964
3024
Вы видите,
как линзы пересекаются
как линзы пересекаются
06:10
in the cross-section pattern.
134
358988
1573
на примере поперечного сечения.
06:12
Another example, one of my favorite insects,
135
360561
2556
Ещё один пример: одно из моих
любимых насекомых,
любимых насекомых,
06:15
I love to hate this one,
136
363117
1977
которое мне жутко нравится, —
06:17
is a mosquito,
137
365094
1781
это комар.
06:18
and you're seeing the antenna of a culex pipiens.
138
366875
3762
Вы видите усик комара Culex pipiens.
06:22
Right there.
139
370637
3363
Вот тут.
06:26
All from the simple setup that I actually described.
140
374000
4213
И всё это с помощью простого устройства,
которое я описал.
которое я описал.
06:30
So my wife has been field testing
141
378213
1773
Моя жена даже испытывала
в полевых условиях
в полевых условиях
06:31
some of our microscopes
142
379986
2000
несколько наших микроскопов:
06:33
by washing my clothes whenever I forget them
143
381986
2481
она стирала мою одежду,
вместе с забытыми в ней
вместе с забытыми в ней
06:36
in the dryer.
144
384467
2029
образцами.
06:38
So it turns out they're waterproof, and --
145
386496
2800
Оказывается,
они водонепроницаемы, и —
они водонепроницаемы, и —
06:41
(Laughter) —
146
389296
1788
(Смех)
06:43
right here is just fluorescent water,
147
391084
2498
Здесь только флуоресцентная вода.
06:45
and I don't know if you can actually see this.
148
393582
1550
Не знаю, видно ли вам.
06:47
This also shows you how
the projection scope works.
the projection scope works.
149
395132
2389
Это также представляет
проекционный микроскоп в действии.
проекционный микроскоп в действии.
06:49
You get to see the beam the
way it's projected and bent.
way it's projected and bent.
150
397521
3653
Вы увидите,
как спроецирован и отклонён луч.
как спроецирован и отклонён луч.
06:56
Can we get the lights back on again?
151
404199
2940
Можно включить свет?
06:59
So I'm quickly going to show you,
152
407139
1787
Я быстренько покажу вам,
07:00
since I'm running out of time,
153
408926
2049
так как у меня заканчивается время,
07:02
in terms of how much it costs for us to manufacture,
154
410975
2426
каковы наши затраты на производство
такого микроскопа.
такого микроскопа.
07:05
the biggest idea was roll-to-roll manufacturing,
155
413401
3080
Самая большая проблема заключалась
в производстве бумаги от рулона к рулону.
в производстве бумаги от рулона к рулону.
07:08
so we built this out of 50 cents of parts and costs.
156
416481
3122
Мы сделали это, потратив
50 центов на запчасти.
50 центов на запчасти.
07:11
(Applause)
157
419603
2859
(Аплодисменты)
07:14
And what this allows us to do
158
422462
2095
Это наталкивает нас на мысль
07:16
is to think about a new paradigm in microscopy,
159
424557
2336
о создании
новой парадигмы в микроскопии,
новой парадигмы в микроскопии,
07:18
which we call use-and-throw microscopy.
160
426893
2017
которую мы называем
«Используй и выбрось».
«Используй и выбрось».
07:20
I'm going to give you a quick snapshot
161
428910
2089
Я вкратце опишу
07:22
of some of the parts that go in.
162
430999
1763
некоторые составные части.
07:24
Here is a sheet of paper.
163
432762
1459
Вот лист бумаги.
07:26
This is when we were thinking about the idea.
164
434221
2089
Вот как у нас рождалась эта идея.
07:28
This is an A4 sheet of paper.
165
436310
1355
Вот лист бумаги формата A4.
07:29
These are the three stages that you actually see.
166
437665
1981
А это три увиденных вами этапа.
07:31
And the optical components, if you
look at the inset up on the right,
look at the inset up on the right,
167
439646
3430
Это оптические компоненты
на вставке справа,
на вставке справа,
07:35
we had to figure out a way to manufacture lenses
168
443076
2427
Нам пришлось применить
особые методы производства линз
особые методы производства линз
07:37
in paper itself at really high throughputs,
169
445503
2312
непосредственно в бумаге с учётом
высоких пропускных способностей.
высоких пропускных способностей.
07:39
so it uses a process of self-assembly
170
447815
1859
Таким образом
идёт процесс самосборки
идёт процесс самосборки
07:41
and surface tension
171
449674
1112
и поверхностного натяжения
07:42
to build achromatic lenses in the paper itself.
172
450786
3536
при производстве ахроматических линз
внутри бумаги.
внутри бумаги.
07:46
So that's where the lenses go.
173
454322
1445
Вот куда вставляются линзы.
07:47
There are some light sources.
174
455767
1612
Есть некие источники света.
07:49
And essentially, in the end,
175
457379
1385
И по существу,
в итоге
в итоге
07:50
all the parts line up because of origami,
176
458764
3178
все части выстраиваются
в линию по принципу оригами,
в линию по принципу оригами,
07:53
because of the fact that origami allows us
177
461942
3271
который позволяет нам
07:57
micron-scale precision of optical alignment.
178
465213
2980
проводить точную оптическую регулировку
в микронном масштабе.
в микронном масштабе.
08:00
So even though this looks like a simple toy,
179
468193
2629
Хотя это похоже на простую игрушку,
08:02
the aspects of engineering that go in
180
470822
1914
подходы к разработке такого объекта
08:04
something like this are fairly sophisticated.
181
472736
2686
очень сложные.
08:07
So here is another obvious thing that we would do,
182
475422
3235
Вот ещё что я бы сделал,
08:10
typically, if I was going to show
183
478657
1593
если бы собирался показать
08:12
that these microscopes are robust,
184
480250
1505
прочность этих микроскопов:
08:13
is go to the third floor and
drop it from the floor itself.
drop it from the floor itself.
185
481755
3838
я бы поднялся на третий этаж
и бросил микроскоп вниз.
и бросил микроскоп вниз.
08:17
There it is, and it survives.
186
485593
3323
Вот так.
И микроскоп уцелел.
И микроскоп уцелел.
08:20
So for us, the next step actually
187
488916
2177
Следующий наш шаг —
08:23
is really finishing our field trials.
188
491093
1839
это завершение полевых исследований.
08:24
We are starting at the end of the summer.
189
492932
2105
Мы начнём этот этап в конце лета.
08:27
We are at a stage where we'll be
making thousands of microscopes.
making thousands of microscopes.
190
495037
2927
Мы находимся на этапе производства
тысяч микроскопов.
тысяч микроскопов.
08:29
That would be the first time where we would be
191
497964
2144
Впервые мы будем проводить
08:32
doing field trials with the highest density
192
500108
2085
полевые испытания максимального
удельного веса
удельного веса
08:34
of microscopes ever at a given place.
193
502193
2555
микроскопов в заданном месте.
08:36
We've started collecting data for malaria,
194
504748
2080
Мы стали собирать данные о малярии,
08:38
Chagas disease and giardia from patients themselves.
195
506828
3796
американском трипаносомозе и лямблиозе
у самих пациентов.
у самих пациентов.
08:42
And I want to leave you with this picture.
196
510624
2094
Я хочу напоследок
показать вам эту картинку.
показать вам эту картинку.
08:44
I had not anticipated this before,
197
512718
1925
Я такого не ожидал.
08:46
but a really interesting link
198
514643
1687
Это интересная связь
08:48
between hands-on science education
199
516330
1895
между практическим научным обучением
08:50
and global health.
200
518225
1258
и всемирным здравоохранением.
08:51
What are the tools that we're actually providing
201
519483
2926
Какими же средствами борьбы
08:54
the kids who are going to fight
202
522409
2180
с этой гремучей смесью
08:56
this monster soup for tomorrow?
203
524589
1918
мы обеспечим наших детей завтра?
08:58
I would love for them to be able to just print out
204
526507
2358
Я был бы рад, если бы они
имели возможность всего лишь
имели возможность всего лишь
09:00
a Foldscope and carry them around in their pockets.
205
528865
2129
распечатать фолдскоп и носить его
с собой в кармане.
с собой в кармане.
09:02
Thank you.
206
530994
2906
Спасибо.
09:05
(Applause)
207
533900
4443
(Аплодисменты)
ABOUT THE SPEAKER
Manu Prakash - Physicist, inventorTED Fellow Manu Prakash is on a mission to bring radical new technology to global health.
Why you should listen
An assistant professor of bioengineering at Stanford University, Manu Prakash is a physicist working at the molecular scale to try and understand no less than how the world really works. As he told BusinessWeek in 2010, he is humbled and inspired by nature’s own solutions to the world's biggest problems. "I build and design tools to uncover how and why biological systems so often outsmart us. I believe one day we will be able to understand the physical design principles of life on Earth, leading to a new way to look at the world we live in."
Born in Meerut, India, Prakash earned a BTech in computer science and engineering from the Indian Institute of Technology in Kanpur before moving to the United States. He did his master’s and PhD in applied physics at MIT before founding the Prakash Lab at Stanford.
Prakash's ultra-low-cost, "print-and-fold" paper microscope won a $100,000 grant from the Gates Foundaton in 2012.
Manu Prakash | Speaker | TED.com