Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future

Translator: Vladislav Vladimirov Reviewer: Anton Hikov

Thank you.

Благодаря ви.

I'm thrilled to be here.

Развълнуван съм да бъда тук.

I'm going to talk about a new, old material

Ще ви говоря за нещо, което е едновременно и старо, и ново,

that still continues to amaze us,

което не престава да ни удивлява,

and that might impact the way we think

и което може да повлияе на начина ни на мислене

about material science, high technology --

за науката за материалите, високите технологии --

and maybe, along the way,

и може би, с течение на времето,

also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.

да допринесе и в областта на медицината и глобалното здравеопазване, и да спомогне залесяването.

So that's kind of a bold statement.

Това е малко смело изказване.

I'll tell you a little bit more.

Ще ви разкажа малко повече.

This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.

Този материал всъщност има някои характеристики, които изглеждат твърде добри, за да са истина.

It's sustainable; it's a sustainable material

Той е устойчив; един устойчив материал,

that is processed all in water and at room temperature --

който се обработва изцяло във вода и при стайна температура --

and is biodegradable with a clock,

и е биологически разградим с часовников механизъм,

so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water

така че можете да го наблюдавате как мигновено се разтваря в чаша вода,

or have it stable for years.

или пък остава стабилен години наред.

It's edible; it's implantable in the human body

Годен е за ядене, може да се имплантира в човешкото тяло

without causing any immune response.

без да причинява никакви имунни реакции.

It actually gets reintegrated in the body.

Той всъщност се ре-интегрира в тялото.

And it's technological,

И е технологичен,

so it can do things like microelectronics,

така че от него може да се правят неща за микроелектрониката,

and maybe photonics do.

и може би дори за фотониката.

And the material

И този материал

looks something like this.

изглежда ето така.

In fact, this material you see is clear and transparent.

Всъщност материалът, който виждате, е чист и прозрачен.

The components of this material are just water and protein.

Съставките на този материал са само вода и протеин.

So this material is silk.

Този материал е коприната.

So it's kind of different

Така че той е малко по-различен

from what we're used to thinking about silk.

от начина, по който сме свикнали да мислим за нея.

So the question is, how do you reinvent something

Така че въпросът е: как да изобретиш нещо,

that has been around for five millennia?

което вече е с нас от пет хилядолетия?

The process of discovery, generally, is inspired by nature.

Процесът на откритието, общо казано, е вдъхновен от природата.

And so we marvel at silk worms --

Ние се дивим на копринените буби --

the silk worm you see here spinning its fiber.

бубата, която виждате тук, тъче нишка.

The silk worm does a remarkable thing:

Тя прави едно забележително нещо:

it uses these two ingredients, protein and water,

използва тези две съставки, протеин и вода,

that are in its gland,

които са в жлезата й,

to make a material that is exceptionally tough for protection --

за да направи един материал, който е изключително здрав, с цел защита --

so comparable to technical fibers

сравнима с технически произведените нишки

like Kevlar.

като Кевлара.

And so in the reverse engineering process

И така, в процеса на обратно инженерство,

that we know about,

за който знаем,

and that we're familiar with,

и който познаваме

for the textile industry,

от текстилната промишленост,

the textile industry goes and unwinds the cocoon

в текстилната промишленост развиват какавидата

and then weaves glamorous things.

и след това тъкат прекрасни неща.

We want to know how you go from water and protein

Искаме да знаем как се стига от вода и протеин

to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.

до този течен Кевлар, този природен Кевлар.

So the insight

И така, прозрението

is how do you actually reverse engineer this

е как точно можете да възпроизведете този процес,

and go from cocoon to gland

като тръгнете от какавида и стигнете до жлеза,

and get water and protein that is your starting material.

като получите вода и протеин -- вашите изходни материали.

And this is an insight

И това е прозрение,

that came, about two decades ago,

до което е стигнал преди около две десетилетия

from a person that I'm very fortunate to work with,

един човек, с който имам голямото щастие да работя,

David Kaplan.

Дейвид Каплан.

And so we get this starting material.

И ето - получаваме този изходен материал.

And so this starting material is back to the basic building block.

И този изходен материал е основната градивна частица.

And then we use this to do a variety of things --

И след това го използваме, за да правим най-различни неща --

like, for example, this film.

като например филм (покритие).

And we take advantage of something that is very simple.

И се възползваме от нещо, което е много просто.

The recipe to make those films

Рецептата за приготвяне на тези филми

is to take advantage of the fact

е да се възползваме от факта,

that proteins are extremely smart at what they do.

че протеините са много добри в това, което правят.

They find their way to self-assemble.

Те намират начин сами да се сглобяват.

So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,

Така че рецептата е проста: вземате копринения разтвор, наливате го

and you wait for the protein to self-assemble.

и чакате протеинът да се сглоби.

And then you detach the protein and you get this film,

След това вземате протеина и получавате този филм,

as the proteins find each other as the water evaporates.

като протеините се намират едни други докато [водата се изпарява.]

But I mentioned that the film is also technological.

Но аз споменах, че този филм е също и с технологично приложение.

And so what does that mean?

Какво означава това?

It means that you can interface it

Означава, че можете да го свържете

with some of the things that are typical of technology,

с някои неща, които са типични за технологията,

like microelectronics and nanoscale technology.

като микроелектрониката и нанотехнологията.

And the image of the DVD here

Изображението на това DVD тук

is just to illustrate a point

е само за да илюстрира факта,

that silk follows very subtle topographies of the surface,

че коприната следва много фино топографията на повърхностите,

which means that it can replicate features on the nanoscale.

което означава, че тя може да възпроизведе релеф на нано-мащаб.

So it would be able to replicate the information

Така че ще може да се възпроизведе информацията,

that is on the DVD.

която е записана на това DVD.

And we can store information that's film with water and protein.

И можем да съхраняваме информация, която е върху филм от вода и протеин.

So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,

Така че ние пробвахме нещо, и написахме послание на парче коприна,

which is right here, and the message is over there.

което е точно тук, а посланието е ето там.

And much like in the DVD, you can read it out optically.

И също като при DVD-то, можете да го прочетете оптически.

And this requires a stable hand,

Това изисква стабилна ръка,

so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.

и затова реших да го направя на сцена пред хиляда човека.

So let me see.

Така, нека да видим.

So as you see the film go in transparently through there,

Както виждате филмът се прожектира прозрачно там,

and then ...

и сега...

(Applause)

(Ръкопляскания)

And the most remarkable feat

А най-забележителният подвиг

is that my hand actually stayed still long enough to do that.

е, че ръката ми всъщност стоя неподвижно достатъчно дълго, за да се види.

So once you have these attributes

Щом веднъж имате тези атрибути

of this material,

на материала,

then you can do a lot of things.

можете да правите много неща.

It's actually not limited to films.

Не сте ограничени до филми.

And so the material can assume a lot of formats.

Материалът може да приеме много форми.

And then you go a little crazy, and so you do various optical components

И тогава можете да се поразвихрите, и да направите най-различни оптически компоненти

or you do microprism arrays,

или масиви с микро-призми,

like the reflective tape that you have on your running shoes.

като отражателните ленти, които имате на маратонките си.

Or you can do beautiful things

Или можете да направите красиви неща,

that, if the camera can capture, you can make.

които, ако можете да покажете с камерата, може да се направят.

You can add a third dimensionality to the film.

Можете да добавите трето измерение към филма.

And if the angle is right,

И под подходящия ъгъл

you can actually see a hologram appear in this film of silk.

можете да видите холограма, която се показва в този копринен филм.

But you can do other things.

Но можете да правите и други неща.

You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,

Тогава можем да си представим, че вероятно можем да ползваме чист протеин за да направляваме светлина,

and so we've made optical fibers.

и така направихме оптични влакна.

But silk is versatile and it goes beyond optics.

Но коприната е с много приложения, които се простират и отвъд оптиката.

And you can think of different formats.

А можете и да измислите различни формати.

So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,

Например, ако се страхувате да отидете на лекар и да ви набодат с игла,

we do microneedle arrays.

сме направили масиви от микроигли.

What you see there on the screen is a human hair

Това, което виждате на екрана, е човешки косъм,

superimposed on the needle that's made of silk --

наложен върху игла, направена от коприна --

just to give you a sense of size.

за да ви даде представа за размера.

You can do bigger things.

Можете да правите и по-големи неща.

You can do gears and nuts and bolts --

Можете да произвеждате зъбни колела, гайки и болтове --

that you can buy at Whole Foods.

такива, които можете да закупите в хранителен супермаркет за органични храни.

And the gears work in water as well.

А зъбчатките работят и под вода.

So you think of alternative mechanical parts.

И тогава измисляте алтернативни механични части.

And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong

Вероятно можете да използвате този течен Кевлар ако имате нужда от нещо здраво,

to replace peripheral veins, for example,

което да може да замени периферни вени, например,

or maybe an entire bone.

или може би дори цяла кост.

And so you have here a little example

Ето тук един малък пример

of a small skull --

на мъничък череп --

what we call mini Yorick.

наричаме го "мини Йорик".

(Laughter)

(Смях)

But you can do things like cups, for example,

Но можете да правите и неща, като например чаши,

and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors

а пък, ако добавите и малко злато, ако добавите и малко полупроводници,

you could do sensors that stick on the surfaces of foods.

можете да направите датчици, които се залепват за повърхността на храни.

You can do electronic pieces

Можете да правите електронни части,

that fold and wrap.

които могат да се сгъват и увиват.

Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.

Или, ако сте с уклон към модния дизайн, да направите светещи LED татуировки от коприна.

So there's versatility, as you see,

Така че има доста голям обхват на приложение, както виждате,

in the material formats,

като различни формати,

that you can do with silk.

в които можете да превърнете коприната.

But there are still some unique traits.

И все пак има някои уникални характеристики.

I mean, why would you want to do all these things for real?

Все пак, защо ще ви е да правите всички тези неща?

I mentioned it briefly at the beginning;

В началото споменах накратко;

the protein is biodegradable and biocompatible.

протеинът е биоразградим и биосъвместим.

And you see here a picture of a tissue section.

Тук можете да видите снимка на разрез на тъкан.

And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?

Какво означава това, че е биоразградим и биосъвместим?

You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.

Можете да го имплантирате в тялото без да има нужда след това да изваждате импланта.

Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,

Това означава, че всички устройства, които вече видяхте, във всички формати,

in principle, can be implanted and disappear.

по принцип могат да бъдат имплантирани и да изчезнат.

And what you see there in that tissue section,

И ето тук този разрез на тъкан,

in fact, is you see that reflector tape.

в него всъщност виждате тази отражателна лента.

So, much like you're seen at night by a car,

Така, както нощно време може да ви види шофьор, каращ кола,

then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,

идеята е, че можете да видите, ако осветите тъканта,

you can see deeper parts of tissue

можете да видите по-дълбоки слоеве от нея,

because there is that reflective tape there that is made out of silk.

защото там има отражателна лента, която е направена от коприна.

And you see there, it gets reintegrated in tissue.

А там можете да видите, че тя се поглъща от тъканта.

And reintegration in the human body

Реинтеграцията в човешкото тяло

is not the only thing,

не е единственото нещо.

but reintegration in the environment is important.

Но реинтеграцията в околната среда е важна.

So you have a clock, you have protein,

Ето -- имате часовников механизъм, имате протеин,

and now a silk cup like this

и вече една копринена чашка като тази

can be thrown away without guilt --

може да бъде изхвърлена без чувство за вина.

(Applause)

(Ръкопляскания)

unlike the polystyrene cups

За разлика от полистиреновите чаши,

that unfortunately fill our landfills everyday.

които, за съжаление, затрупват сметищата ни ежедневно.

It's edible,

Тя е ядлива,

so you can do smart packaging around food

така че можете да направите "умни" опаковки за храна,

that you can cook with the food.

които могат да се сготвят заедно с храната.

It doesn't taste good,

Не е хубаво на вкус,

so I'm going to need some help with that.

така че ще имам нужда от помощ с това.

But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.

Но може би най-забележителното нещо е, че се осъществява пълен кръговрат.

Silk, during its self-assembly process,

Коприната, по време на процеса на самосглобяване,

acts like a cocoon for biological matter.

действа като какавида за биологична материя.

And so if you change the recipe,

Така че ако промените рецептата

and you add things when you pour --

и добавите други неща когато наливате --

so you add things to your liquid silk solution --

добавяте други неща към течния копринен разтвор --

where these things are enzymes

като например ензими,

or antibodies or vaccines,

или антитела, или ваксини,

the self-assembly process

процесът на самосглобяване

preserves the biological function of these dopants.

запазва биологичните функции на тези примеси.

So it makes the materials environmentally active

Така че тя прави материалите активни спрямо околната среда

and interactive.

и взаимодействащи си с нея.

So that screw that you thought about beforehand

Този винт, който измислихме преди,

can actually be used

може всъщност да бъде използван

to screw a bone together -- a fractured bone together --

за затягане на парчета от счупена кост,

and deliver drugs at the same,

който едновременно с това доставя медикаменти,

while your bone is healing, for example.

за да заздравее костта, например.

Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.

Или можете да си държите лекарствата в портфейла, а не в хладилника.

So we've made a silk card

Направихме копринена карта

with penicillin in it.

с пеницилин в нея.

And we stored penicillin at 60 degrees C,

Съхранявахме пеницилина при 60 градуса Целзий,

so 140 degrees Fahrenheit,

140 градуса Фаренхайт,

for two months without loss of efficacy of the penicillin.

в продължение на два месеца, без да има загуба на ефективността на пеницилина.

And so that could be ---

Това би могло да бъде --

(Applause)

(Ръкопляскания)

that could be potentially a good alternative

това би могло потенциално да бъде добра алтернатива

to solar powered refrigerated camels. (Laughter)

на камилите, носещи охлаждащи системи, захранвани от слънчева енергия.

And of course, there's no use in storage if you can't use [it].

Разбира се, няма полза от съхраняването на нещо, което не можете да използвате.

And so there is this other unique material trait

И ето още една уникална характеристика,

that these materials have, that they're programmably degradable.

която тези материали притежават -- те могат да бъдат програмируемо разграждащи се.

And so what you see there is the difference.

И ето, че виждате разликата.

In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,

Отгоре имате филм, който е бил програмиран да не се разгражда,

and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.

а отдолу -- филм, който е програмиран да се разгражда във вода.

And what you see is that the film on the bottom

И виждате, че долният филм

releases what is inside it.

освобождава това, което съдържа.

So it allows for the recovery of what we've stored before.

Така че той позволява да се възстанови това, което сме съхранявали.

And so this allows for a controlled delivery of drugs

Това позволява контролирано освобождаване на медикаменти

and for reintegration in the environment

и реинтеграция в околната среда

in all of these formats that you've seen.

във всички тези формати, които вече видяхте.

So the thread of discovery that we have really is a thread.

Така че нишката на откритията, която вече проследихме, наистина е нишка.

We're impassioned with this idea that whatever you want to do,

Вдъхновени сме от идеята, че каквото и да искате да направите,

whether you want to replace a vein or a bone,

дали ще е имплант за вена или кост,

or maybe be more sustainable in microelectronics,

или може би устойчива микроелектроника,

perhaps drink a coffee in a cup

или може би да пиете кафе в чаша,

and throw it away without guilt,

която можете да изхвърлите без чувство за вина,

maybe carry your drugs in your pocket,

или може би да носите лекарствата си в джоба си,

deliver them inside your body

да ги използвате в собственото си тяло,

or deliver them across the desert,

или да ги пренесете през пустинята,

the answer may be in a thread of silk.

отговорът може би лежи в една копринена нишка.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Ръкопляскания)