Manu Prakash: A 50-cent microscope that folds like origami

مانو پراکاش: میکروسکوپی ۵۰ سِنتی که با تا شدن ساخته می‌شود

Translator: Amirpouya Ghaemian Reviewer: narsis sh

The year is 1800.

سال ۱۸۰۰ میلادی را تصور کنید.

A curious little invention is being talked about.

درباره‌ی تکنولوژی عجیب کوچکی صحبت می‌شود.

It's called a microscope.

نام آن میکروسکوپ است.

What it allows you to do

و به شما اجازه می‌دهد

is see tiny little lifeforms

تا موجودات زنده‌ی کوچکی را

that are invisible to the naked eye.

که با چشم غیر مسلح نمی‌توان دید، ببینید.

Soon comes the medical discovery

به زودی اکتشافاتی در علم پزشکی معرفی شدند

that many of these lifeforms are actually causes

که می‌گفتند که تعداد زیادی از این موجودات زنده

of terrible human diseases.

علت بیماری‌های سخت انسانند.

Imagine what happened to the society

تصور کنید وقتی جامعه

when they realized

فهمید که یک مادر انگلیسی

that an English mom in her teacup

در قوری چایش سوپی از هیولاها دارد،

actually was drinking a monster soup,

چه اتفاقی افتاد، (تصویر از هِث ویلیام، در قرن هجدهم، درباره‌ی آلودگی رودخانه‌ی تایمز، و راه‌اندازی سیستم فاضلاب لندن به خاطر اعتراضات)

not very far from here. This is from London.

این مربوط به جای دوری نیست. این داستان مربوط به لندن است.

Fast forward 200 years.

بیایید ۲۰۰ سال تا زمان حال جلو برویم.

We still have this monster soup around,

ما همچنان این سوپ هیولا را در کنار خودمان داریم،

and it's taken hold in the developing countries

و آن‌ها در کشورهای در حال توسعه‌ی مناطق استوایی

around the tropical belt.

بیداد می‌کنند.

Just for malaria itself,

بیماری مالاریا به تنهایی،

there are a million deaths a year,

سالانه جان یک میلیون نفر را می‌گیرد،

and more than a billion people

و بیش از یک میلیارد نفر

that need to be tested because they are at risk

نیاز به آزمایش دارند

for different species of malarial infections.

چون در خطر دچار شدن به انواع بیماری‌های مالاریا هستند.

Now it's actually very simple to put a face

امروزه تمییز دادن این هیولاها

to many of these monsters.

کار خیلی راحتی شده است.

You take a stain, like acridine orange

شما یک رنگ‌دهنده، مثل "آکریدین اُرَنج" (ماده‌ی فلوئورسنتی که برای رنگی کردن باکتری‌ها برای دیده شدن در زیر میکروسکوپ استفاده می‌شود)

or a fluorescent stain or Giemsa,

یا یک رنگ‌دهنده‌ی فلوئورسنت یا جیمسا (رنگ‌دهنده‌ی مخصوص مالاریا)،

and a microscope, and you look at them.

و یک میکروسکوپ فراهم کنید، و با این وسایل می‌توانید آن‌ها را ببینید.

They all have faces.

تمامی آن‌ها متمایز هستند.

Why is that so, that Alex in Kenya,

پس چرا "آلِکس" از کنیا،

Fatima in Bangladesh, Navjoot in Mumbai,

"فاطیما" از بنگلادش، "نَوجوت" از بَمبَئی،

and Julie and Mary in Uganda still wait months

و "جولی" و "مَری" از اوگاندا چندین ماه منتظر شدند

to be able to diagnose why they are sick?

تا دلیل بیماری آن‌ها تشخیص داده شود؟

And that's primarily because scalability

تشخیص بیماری در اولویت است

of the diagnostics is completely out of reach.

زیرا تجهیزات تشخیص بیماری خیلی نادر هستند.

And remember that number: one billion.

و تعداد افرادی را که به آزمایش نیاز دارند نیز به یاد بیاورید: یک میلیارد نفر.

The problem lies with the microscope itself.

جواب در خود میکروسکوپ قرار دارد.

Even though the pinnacle of modern science,

اگرچه افتخار دانش معاصر،

research microscopes are not designed for field testing.

یعنی میکروسکوپ‌های تحقیقاتی برای آزمایش‌های میدانی طراحی نشده‌اند.

Neither were they first designed

البته از همان اول هم

for diagnostics at all.

آن‌ها را جهت تشخیص بیماری نساختند.

They are heavy, bulky, really hard to maintain,

آن‌ها سنگین هستند، حجیم هستند، به سختی تعمیر می‌شوند،

and cost a lot of money.

و بسیار گران‌قیمتند.

This picture is Mahatma Gandhi in the '40s

این تصویر از "ماهاتما گاندی" (رهبر فقید هند) در دهه‌ی ۱۹۴۰ میلادی است

using the exact same setup that we actually use today

که از همان ساختار میکروسکوپی استفاده می‌کند که ما امروزه

for diagnosing T.B. in his ashram

برای تشخیص بیماری سِل در معبد او

in Sevagram in India.

در شهر "سِواگرام" در هند استفاده می‌کنیم.

Two of my students, Jim and James,

دو نفر از دانش‌آموزانم، "جیم" و "جِیمز"،

traveled around India and Thailand,

سراسر هند و تایلند را گشتند،

starting to think about this problem a lot.

و خیلی در مورد این مشکل فکر کردند.

We saw all kinds of donated equipment.

ما درباره‌ی انواع تجهیزات موجود می‌دانیم.

We saw fungus growing on microscope lenses.

ما رشد انگل‌ها را به وسیله‌ی میکروسکوپ دیده‌ایم.

And we saw people who had a functional microscope

و کسانی را دیدیم که یک میکروسکوپ واقعی داشتند

but just didn't know how to even turn it on.

اما نمی‌دانستند چطور روشنش کنند.

What grew out of that work and that trip

نتیجه‌ی تلاش‌های ما و آن سفر

was actually the idea of what we call Foldscopes.

ایده‌ای بود که به آن "میکروسکوپ تاشو" (فولدسکوپ) می‌گفتیم.

So what is a Foldscope?

اما "میکروسکوپ تاشو" چیست؟

A Foldscope is a completely functional microscope,

یک میکروسکوپ تاشو یک میکروسکوپ واقعی کامل است،

a platform for fluorescence, bright-field,

محیطی برای بزرگ‌بینی فلوئورسنتی، نوری،

polarization, projection,

قطبی، پروژکتوری،

all kinds of advanced microscopy

و تمامی قابلیت‌های یک میکروسکوپ پیشرفته

built purely by folding paper.

که تنها با تا کردن کاغذ ساخته می‌شود.

So, now you think, how is that possible?

حتماً با خودتان فکر می‌کنید، چطور چنین چیزی ممکن است؟

I'm going to show you some examples here,

من چند نمونه را در این‌جا به شما نشان خواهم داد،

and we will run through some of them.

و بعضی از آن‌ها را روشن خواهم کرد.

It starts with a single sheet of paper.

ساختن آن با یک تکه کاغذ شروع می‌شود.

What you see here is all the possible components

چیزی که در این‌جا می‌بینید تمامی اجزاء لازم

to build a functional bright-field and fluorescence microscope.

برای ساختن یک میکروسکوپ نوری و فلوئورسنتی کاربردی است.

So, there are three stages:

این میکروسکوپ سه بخش دارد:

There is the optical stage, the illumination stage

بخش عدسی‌ها، بخش روشن‌سازی

and the mask-holding stage.

و بخش نگهداری قاب.

And there are micro optics at the bottom

و میکروعدسی‌هایی در پایین این میکروسکوپ قرار دارند

that's actually embedded in the paper itself.

که در داخل خود کاغذ تعبیه شده‌اند.

What you do is, you take it on,

کاری که باید انجام دهید این است که، این قسمت را در بیاورید،

and just like you are playing like a toy,

و دقیقاً مثل بازی کردن با یک اسباب‌بازی،

which it is,

که واقعاً هم یک اسباب‌بازی است،

I tab it off,

من این قسمت را می‌بُرَم،

and I break it off.

و آن را می‌شکنم.

This paper has no instructions and no languages.

این برگه هیچ‌گونه دستورالعمل و نوشته‌ای به هیچ زبانی ندارد.

There is a code, a color code embedded,

بلکه نشانه‌ای وجود دارد، یک نشانه‌ی رنگی که در داخل برگه تعبیه شده است،

that tells you exactly how to fold that specific microscope.

و به شما می‌گوید که دقیقاً چطور باید آن میکروسکوپ منحصر به فرد را تا کنید.

When it's done, it looks something like this,

وقتی که کارتان تمام شد، این وسیله به چنین شکلی در می‌آید،

has all the functionalities of a standard microscope,

و تمامی قابلیت‌های یک میکروسکوپ استاندارد را خواهد داشت،

just like an XY stage,

این وسیله قابلیت حرکت دو بعدی بر روی نمونه را دارد،

a place where a sample slide could go,

و قسمتی که نمونه می‌تواند از آن‌جا وارد شود،

for example right here.

مثلاً همین نمونه را نگاه کنید.

We didn't want to change this,

ما نمی‌خواستیم شکل نمونه را تغییر دهیم،

because this is the standard

زیرا این یکی از استانداردهایی است

that's been optimized for over the years,

که در طی سال‌ها به این‌جا رسیده است،

and many health workers are actually used to this.

و تعداد زیادی از کسانی که در زمینه‌ی پزشکی فعالیت می‌کنند به این شکل عادت دارند.

So this is what changes,

بنابراین ساختار اصلی میکروسکوپ تغییر می‌کند،

but the standard stains all remain the same

اما اصول استاندارد برای بیماری‌های مختلف

for many different diseases.

مانند قبل باقی می‌مانند.

You pop this in.

شما این نمونه را داخل میکروسکوپ قرار می‌دهید.

There is an XY stage,

این محیط حرکت دو بعدی لنز است،

and then there is a focusing stage,

و این قابلیت فوکوس کردن لنز است،

which is a flexure mechanism

که با انحناء دادن به میکروسکوپ انجام می‌شود

that's built in paper itself that allows us to move

و این قابلیت در خود برگه تعبیه شده است و به ما اجازه می‌دهد

and focus the lenses by micron steps.

که لنزها را در حد چند میکرون جابه‌جا کنیم یا فوکوس کنیم.

So what's really interesting about this object,

یکی از نکات جالبی که در مورد این پروژه وجود دارد،

and my students hate when I do this,

و دانش‌آموزانم از انجام دادن این کار متنفرند،

but I'm going to do this anyway,

ولی من به هر حال این کار را انجام می‌دهم،

is these are rugged devices.

این است که این میکروسکوپ‌ها بسیار مقاوم هستند.

I can turn it on and throw it on the floor

من می‌توانم آن را روشن کنم و روی زمین پرتش کنم

and really try to stomp on it.

و محکم با پا لگدش کنم.

And they last, even though they're designed

و آن‌ها هیچ‌گونه آسیبی نمی‌بینند، با این که از جنس بسیار منعطفی

from a very flexible material, like paper.

مثل کاغذ ساخته شده‌اند.

Another fun fact is, this is what we actually

نکته‌ی جالب دیگری که وجود دارد، این است که

send out there as a standard diagnostic tool,

این وسیله‌ای است که به عنوان یک وسیله‌ی تشخیص بیماری استاندارد مورد استفاده قرار می‌گیرد،

but here in this envelope

اما این‌جا در داخل این پاکت

I have 30 different foldscopes

من ۳۰ میکروسکوپ تاشوی مختلف

of different configurations all in a single folder.

از انواع مختلف دارم.

And I'm going to pick one randomly.

و یکی از آن‌ها را به صورت اتفاقی برمی‌دارم.

This one, it turns out, is actually designed

این یکی، که به طور مخصوص

specifically for malaria,

برای بیماری مالاریا طراحی شده است،

because it has the fluorescent filters built

چون فیلترهایی فلوئورسنتی دارد

specifically for diagnosing malaria.

که به طور مخصوص برای تشخیص مالاریا ساخته شده‌اند.

So the idea of very specific diagnostic microscopes

پس ایده‌ی میکروسکوپ‌های تشخیص بیماری به صورت کاملاً تخصصی،

comes out of this.

به این صورت عمل می‌کند.

So up till now, you didn't actually see

تا این قسمت از سخنرانی، شما هنوز

what I would see from one of these setups.

چیزی که من از داخل یکی از این میکروسکوپ‌ها می‌بینم، ندیده‌اید.

So what I would like to do is,

الآن می‌خواهم نشانتان بدهم،

if we could dim the lights, please,

لطفاً چراغ‌ها را خاموش کنید،

it turns out foldscopes are also projection microscopes.

می‌بینید که میکروسکوپ‌های تاشو می‌توانند تصویرشان را روی پرده نیز بیندازند.

I have these two microscopes that I'm going to turn --

در این‌جا دو میکروسکوپ دارم که می‌خواهم برای شما نمایش دهم --

go to the back of the wall --

آن‌ها را به سمت دیوار می‌گیرم --

and just project, and this way you will see

و تصویر آن‌ها را روی دیوار می‌اندازم، و به این ترتیب

exactly what I would see.

شما همان چیزی را خواهید دید که من می‌بینم.

What you're looking at --

تصویری که شما به آن نگاه می‌کنید --

(Applause) —

(تشویق حاضرین) --

This is a cross-section of a compound eye,

مربوط به برشی از یک چشم مرکب یک حشره است،

and when I'm going to zoom in closer, right there,

و وقتی زوم آن را بالاتر می‌برم، در این‌جا،

I am going through the z-axis.

در جهت عمودی بر روی تصویر حرکت می‌کنم.

You actually see how the lenses are cut together

شما می‌بینید که لنزهای میکروسکوپ چطور بر روی برش،

in the cross-section pattern.

خود را تنظیم می‌کنند.

Another example, one of my favorite insects,

نمونه‌ی دیگر، یکی از حشرات مورد علاقه‌ام است،

I love to hate this one,

که واقعاً از آن متنفرم،

is a mosquito,

یک پشه،

and you're seeing the antenna of a culex pipiens.

و شما دارید به شاخک یک پشه‌ی خانگی نگاه می‌کنید.

Right there.

دقیقاً همین جا.

All from the simple setup that I actually described.

این تصویر تنها از سازه‌ی ساده‌ای که برایتان توضیح دادم به دست آمد.

So my wife has been field testing

همسرم با شستن لباس‌هایم در ماشین لباس‌شویی

some of our microscopes

وقتی که فراموش کرده بودم

by washing my clothes whenever I forget them

چند تا از میکروسکوپ‌ها داخل لباسم هستند

in the dryer.

آزمایشی میدانی بر روی آن‌ها انجام داد.

So it turns out they're waterproof, and --

در نتیجه‌ی آن معلوم شد که آن‌ها ضدآب هستند --

(Laughter) —

(خنده‌ی حاضرین) --

right here is just fluorescent water,

در این شیشه محلول آب فلوئورسنت وجود دارد،

and I don't know if you can actually see this.

و مطمئن نیستم بتوانید این را ببینید یا نه،

This also shows you how the projection scope works.

ولی این محلول نشان می‌دهد که میکروسکوپ‌های پروژکتوری چطور کار می‌کنند.

You get to see the beam the way it's projected and bent.

شما می‌توانید اشعه‌ی نور را در جهتی که تابیده می‌شود و می‌شکند ببینید.

Can we get the lights back on again?

می‌شود چراغ‌ها را دوباره روشن کنید؟

So I'm quickly going to show you,

چون زمانم دارد تمام می‌شود،

since I'm running out of time,

به سرعت برای شما

in terms of how much it costs for us to manufacture,

هزینه‌های ساخت آن را شرح می‌دهم،

the biggest idea was roll-to-roll manufacturing,

بزرگ‌ترین ایده در این نوآوری منعطف بودن سازه بود،

so we built this out of 50 cents of parts and costs.

و ما این سازه را از قطعاتی با هزینه‌ی ۵۰ سِنت آمریکا ساختیم.

(Applause)

(تشویق حاضرین)

And what this allows us to do

و این هزینه به ما اجازه می‌دهد

is to think about a new paradigm in microscopy,

تا درباره‌ی الگوی جدیدی در ساختار میکروسکوپ‌ها بیندیشیم،

which we call use-and-throw microscopy.

یعنی میکروسکوپ‌های یک بار مصرف.

I'm going to give you a quick snapshot

من به شما تصاویری

of some of the parts that go in.

از اجزائی که در این میکروسکوپ استفاده می‌شود، نشان می‌دهم.

Here is a sheet of paper.

این یک قطعه کاغذ است.

This is when we were thinking about the idea.

این کلیپ مربوط به زمانی بود که روی این ایده کار می‌کردیم.

This is an A4 sheet of paper.

این یک قطعه کاغذ A4 است.

These are the three stages that you actually see.

سه بخش وجود دارند که می‌بینید.

And the optical components, if you look at the inset up on the right,

و اگر به قسمت‌های داخلی در سمت راست نگاه کنید، یعنی بخش مربوط به لنزها،

we had to figure out a way to manufacture lenses

ما می‌بایست راهی پیدا می‌کردیم

in paper itself at really high throughputs,

که لنزها را در داخل خود کاغذ به بهینه‌ترین حالت ممکن تعبیه کنیم،

so it uses a process of self-assembly

بنابراین این سیستم از اجزای هوشمند

and surface tension

و کشش سطحی استفاده می‌کند

to build achromatic lenses in the paper itself.

تا لنزهای شفافی را در درون خود جای دهد.

So that's where the lenses go.

لنزها در این‌جا قرار می‌گیرند.

There are some light sources.

منابع نوری وجود دارند.

And essentially, in the end,

و در نهایت

all the parts line up because of origami,

تمامی اجزا با اُریگامی (تا کردن کاغذ با الگوهای تعیین شده) به هم متصل می‌شوند،

because of the fact that origami allows us

زیرا استفاده از سیستم اُریگامی به ما اجازه می‌دهد

micron-scale precision of optical alignment.

در آرایش صحیح لنزها دقتی در حد میکرون داشته باشیم.

So even though this looks like a simple toy,

بنابراین اگرچه این وسیله مثل یک اسباب‌بازی ساده به نظر می‌رسد،

the aspects of engineering that go in

جنبه‌های مهندسی که در آن اعمال می‌شود

something like this are fairly sophisticated.

واقعاً پیچیده هستند.

So here is another obvious thing that we would do,

و این یکی دیگر از آزمایش‌هایی است که ما معمولاً نشان می‌دهیم،

typically, if I was going to show

معمولاً، اگر بخواهیم نشان بدهیم

that these microscopes are robust,

که این میکروسکوپ‌ها مقاوم هستند،

is go to the third floor and drop it from the floor itself.

به طبقه‌ی سوم یک ساختمان می‌رویم و آن را پایین می‌اندازیم.

There it is, and it survives.

این کار را انجام دادیم، و این وسیله آسیبی ندید.

So for us, the next step actually

مرحله‌ی بعدی برای ما

is really finishing our field trials.

به پایان رساندن آزمایش‌های میدانی است.

We are starting at the end of the summer.

ما در پایان این تابستان کار خود را شروع خواهیم کرد.

We are at a stage where we'll be making thousands of microscopes.

ما در موقعیتی هستیم که می‌خواهیم هزاران میکروسکوپ بسازیم.

That would be the first time where we would be

این اولین باری خواهد بود که ما

doing field trials with the highest density

آزمایش‌های میدانی خودمان را

of microscopes ever at a given place.

با چنین حجمی از میکروسکوپ‌ها در یک مکان انجام می‌دهیم.

We've started collecting data for malaria,

ما تحقیقات خود را برای جمع‌آوری اطلاعات در مورد مالاریا،

Chagas disease and giardia from patients themselves.

"چاگاس" و "ژیاردیا" (دو نوع انگل) از خود بیماران شروع کرده‌ایم.

And I want to leave you with this picture.

می‌خواهم این سخنرانی را با دادان تصوری به شما به پایان برسانم.

I had not anticipated this before,

من چنین چیزی را از قبل پیش‌بینی نکرده بودم،

but a really interesting link

اما ارتباط جالبی

between hands-on science education

بین آموزش علمی-کاربردی

and global health.

و سلامت جهانی وجود دارد.

What are the tools that we're actually providing

ابزارهایی که ما برای کودکانمان فراهم می‌کنیم

the kids who are going to fight

تا در آینده به جنگ این هیولا بروند

this monster soup for tomorrow?

چیستند؟

I would love for them to be able to just print out

من می‌خواهم آن‌ها بتوانند یک میکروسکوپ تاشو پرینت کنند

a Foldscope and carry them around in their pockets.

و آن را همه جا در جیب‌هایشان با خود داشته باشند.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق حاضرین)