Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future

מתרגם: Yubal Masalker מבקר: Ido Dekkers

Thank you.

תודה.

I'm thrilled to be here.

אני נרגש להיות כאן.

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

אני עומד לדבר על חומר חדש-ישן

that still continues to amaze us,

שעדיין ממשיך להפתיע אותנו,

and that might impact the way we think

ושעשוי להשפיע על דרך חשיבתנו

about material science, high technology --

על מדע החומרים, טכנולוגיה עילית --

and maybe, along the way,

ובדרך, אולי גם לעשות כמה דברים

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

למען הרפואה והבריאות העולמית וגם לסייע לשיקום יערות.

So that's kind of a bold statement.

זו הצהרה די נועזת.

I'll tell you a little bit more.

אבל אספר לכם עוד משהו.

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

לחומר זה יש כמה תכונות שמציגות אותו כמשהו שהוא טוב מדי בשביל להיות אמיתי.

It's sustainable; it's a sustainable material

הוא עמיד; זהו חומר עמיד

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

שמעובד כולו במים ובטמפרטורת חדר --

and is biodegradable with a clock,

והוא מתכלה תוך זמן מדוד,

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

כך שניתן לראות אותו מתמוסס בכוס מים

or have it stable for years.

או לגרום לו להיות עמיד ויציב במשך שנים.

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

הוא אכיל, ניתן לשתול אותו בגוף אדם

without causing any immune response.

מבלי לגרום לתגובה חיסונית.

It actually gets reintegrated in the body.

למעשה הוא מתמזג בגוף.

And it's technological,

והוא גם טכנולוגי,

so it can do things like microelectronics,

ולכן ניתן להשתמש בו במיקרואלקטרוניקה,

and maybe photonics do.

ואולי אף בתקשורת אופטית.

And the material

והחומר נראה

looks something like this.

משהו כמו זה.

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

חומר זה שאתם רואים הוא צלול ושקוף.

The components of this material are just water and protein.

המרכיבים של חומר זה הם רק מים ופרוטאינים.

So this material is silk.

ובכן, חומר זה הוא משי.

So it's kind of different

אבל הוא קצת שונה

from what we're used to thinking about silk.

ממה שאנו רגילים לחשוב על משי.

So the question is, how do you reinvent something

לכן השאלה היא, כיצד ממציאים

that has been around for five millennia?

מחדש משהו הנמצא איתנו כבר 5000 שנה?

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

תהליך הגילוי, בדרך-כלל, מקבל את השראתו מהטבע.

And so we marvel at silk worms --

אנו משתאים מתולעות משי --

the silk worm you see here spinning its fiber.

תולעת המשי שרואים כאן טווה את סיביה.

The silk worm does a remarkable thing:

תולעת המשי עושה דבר מרשים:

it uses these two ingredients, protein and water,

היא משתמשת בשני מרכיבים, פרוטאין ומים,

that are in its gland,

הנמצאים בבלוטה שלה,

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

כדי ליצור להגנתה חומר חזק באופן בלתי-רגיל --

so comparable to technical fibers

וניתן להשוותו לסיבים סנתטיים

like Kevlar.

כמו קוולר.

And so in the reverse engineering process

כך בתהליך הנדסי מהופך

that we know about,

שאנו מכירים,

and that we're familiar with,

ושאנו רגילים אליו

for the textile industry,

מתעשיית הטקסטיל,

the textile industry goes and unwinds the cocoon

בתעשיית הטקסטיל מתירים את פקעת הגולם

and then weaves glamorous things.

ואורגים מזה דברים מקסימים.

We want to know how you go from water and protein

ברצוננו לדעת כיצד עוברים ממים ופרוטאין

to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.

לקוולר נוזלי זה, לקוולר טבעי זה.

So the insight

כך שהחוכמה היא

is how do you actually reverse engineer this

כיצד מהנדסים במהופך ועוברים

and go from cocoon to gland

מפקעת לבלוטה

and get water and protein that is your starting material.

ומקבלים מים ופרוטאין שהם חומרי ההתחלה שלנו.

And this is an insight

וזוהי תובנה שהגיעה

that came, about two decades ago,

לפני כשני עשורים

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

מאדם שיש לי הרבה מזל לעבוד איתו,

David Kaplan.

דייויד קפלן.

And so we get this starting material.

וכך אנו מקבלים את חומרי ההתחלה שלנו.

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

לכן חומרי התחלה אלו הם בעצם חזרה לאבני בניין יסודיים.

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

ואז אנו משתמשים בזה כדי לעשות דברים מגוונים --

like, for example, this film.

כמו לדוגמא, אותה שיכבה.

And we take advantage of something that is very simple.

אנו מנצלים משהו מאוד פשוט.

The recipe to make those films

המתכון ליצירת אותה שיכבה

is to take advantage of the fact

הוא לנצל את העובדה

that proteins are extremely smart at what they do.

שפרוטאינים הם מאוד פיקחים במה שהם עושים.

They find their way to self-assemble.

הם מוצאים דרך משלהם להרכבה-עצמית.

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

כך שהמתכון הוא פשוט: לוקחים תמיסת משי, שופכים אותה,

and you wait for the protein to self-assemble.

וממתינים עד שהפרוטאין יבצע הרכבה-עצמית.

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

ואז מפרידים את הפרוטאין ומקבלים את השיכבה הזו,

as the proteins find each other as the water evaporates.

כאשר הפרוטאינים מוצאים אחד את השני ככל שהמים מתאדים.

But I mentioned that the film is also technological.

אבל הזכרתי שהשיכבה היא גם לשימוש טכנולוגי.

And so what does that mean?

אז מה זה אומר?

It means that you can interface it

זה אומר שניתן להשתמש בה

with some of the things that are typical of technology,

עם חלק מהדברים האופייניים של טכנולוגיה,

like microelectronics and nanoscale technology.

כמו מיקרואלקטרוניקה וננו-טכנולוגיה.

And the image of the DVD here

תמונת התקליטור כאן

is just to illustrate a point

באה רק להמחיש את העובדה

that silk follows very subtle topographies of the surface,

שמשי מסוגל להסתדר על-פי טופוגרפיה מאוד עדינה של המשטח,

which means that it can replicate features on the nanoscale.

וזה אומר שהוא יכול ליצור תעתיק של תווי פני-שטח בקנה-מידה ננומטרי.

So it would be able to replicate the information

לכן הוא מסוגל לשכפל

that is on the DVD.

את המידע שעל התקליטור.

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

ואנו יכולים לאחסן מידע בצורת שיכבה הבנויה ממים ופרוטאין.

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

לכן ניסינו משהו וכתבנו הודעה בחתיכת משי,

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

שהיא כאן, והמידע נמצא שם.

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

בדומה לתקליטור, ניתן לקרוא אותו באמצעים אופטיים בצורה חזותית.

And this requires a stable hand,

אבל זה דורש יד יציבה,

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

ולכן החלטתי לבצע זאת על הבמה מול אלפי אנשים.

So let me see.

אז הבה נראה.

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

כפי שרואים השיכבה שקופה לחלוטין,

and then ...

ואז....

(Applause)

(מחיאות כפיים)

And the most remarkable feat

וההישג המרשים ביותר כאן

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

הוא שידי נשארה יציבה לאורך מספיק זמן כדי לבצע זאת.

So once you have these attributes

ברגע שיש לנו את התכונות האלה

of this material,

בחומר,

then you can do a lot of things.

ניתן לעשות המון דברים.

It's actually not limited to films.

למעשה זה לא מוגבל לשכבות או משטחים.

And so the material can assume a lot of formats.

החומר יכול לקבל המון צורות.

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

אז משתגעים קצת ויוצרים רכיבים אופטיים שונים

or you do microprism arrays,

או מערכים של מיקרו-פריזמות,

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

כמו הסרט המחזיר-אור שיש על נעלי-ריצה.

Or you can do beautiful things

או שניתן לעשות דברים יפים,

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

אם המצלמה תוכל לתפוס,

You can add a third dimensionality to the film.

ניתן להוסיף מימד שלישי לשיכבה.

And if the angle is right,

ואם הזוית נכונה, ניתן ממש

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

לראות הולוגרמה המופיעה בשיכבת משי זו.

But you can do other things.

ניתן לעשות דברים נוספים.

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

חשבנו שאולי אפשר להשתמש בפרוטאין טהור כדי לנתב אור,

and so we've made optical fibers.

וכך יצרנו סיבים אופטיים.

But silk is versatile and it goes beyond optics.

אבל משי הוא רב-גוני ומגיע לתחומים שמעבר לאופטיקה.

And you can think of different formats.

וניתן לחשוב על צורות שונות.

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

כך לדוגמא, אם חוששים ללכת לרופא ולהידקר במחט,

we do microneedle arrays.

אנו יוצרים מיקרו-מחטים.

What you see there on the screen is a human hair

מה שרואים על המסך זו שיערת אדם

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

המונחת על-גבי המחטים העשויים ממשי --

just to give you a sense of size.

רק כדי לתת לכם מושג על המימדים.

You can do bigger things.

ניתן ליצור דברים יותר גדולים.

You can do gears and nuts and bolts --

ניתן ליצור גלגלי-שיניים, אומים וברגים --

that you can buy at Whole Foods.

שניתן לקנות בחנויות למזון טבעי.

And the gears work in water as well.

גלגלי-השיניים יכולים לפעול גם במים.

So you think of alternative mechanical parts.

לכן ניתן לחשוב על רכיבים מיכניים אלטרנטיביים.

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

ואולי ניתן להשתמש בקוולר נוזלי אם צריכים משהו חזק

to replace peripheral veins, for example,

כדי להחליף כלי-דם היקפיים,

or maybe an entire bone.

או אולי להחליף עצם שלמה.

And so you have here a little example

כאן רואים דוגמא

of a small skull --

של גולגולת קטנה --

what we call mini Yorick.

מה שאנו מכנים מיני-יוריק.

(Laughter)

(צחוק)

But you can do things like cups, for example,

ניתן ליצור דברים כמו כוסות

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

ואם מוסיפים קצת זהב, ואם מוסיפים קצת מוליכים למחצה,

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

ניתן ליצור חיישנים הנדבקים על משטחים של מזון.

You can do electronic pieces

ניתן ליצור רכיבי אלקטרוניקה

that fold and wrap.

היכולים להתקפל ולהתלפף.

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

אם מישהו אוהב אופנה מתקדמת, הנה כמה כתובות-קעקע מנוריות משי.

So there's versatility, as you see,

כך שיש רב-גוניות, כפי שרואים,

in the material formats,

בצורות החומר,

that you can do with silk.

שניתן ליצור ממשי.

But there are still some unique traits.

ועדיין יש תכונות ייחודיות נוספות.

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

כלומר, מדוע שנרצה ליצור את כל הדברים האלה על אמת?

I mentioned it briefly at the beginning;

הזכרתי זאת קודם בקצרה;

the protein is biodegradable and biocompatible.

הפרוטאין הוא מתכלה ואינו מזיק לריקמה חיה.

And you see here a picture of a tissue section.

וכאן רואים תמונה של חתיכת ריקמה.

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

אז מה זה אומר, שזה מתכלה ואינו מזיק לריקמה חיה?

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

ניתן לשתול זאת בגוף מבלי שיהיה צורך להוציא את מה שהושתל.

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

שזה אומר שעקרונית כל ההתקנים והצורות שראיתם קודם,

in principle, can be implanted and disappear.

ניתן לשתול אותם ושהם ייעלמו.

And what you see there in that tissue section,

ומה שרואים שם איפה שהריקמה,

in fact, is you see that reflector tape.

למעשה, רואים את הסרט מחזיר-האור.

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

דומה מאוד לאיך שרואים אותנו בלילה בפנסי מכונית,

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

כך שהרעיון הוא שניתן לראות, אם מאירים את הריקמה,

you can see deeper parts of tissue

ניתן לראות את האזורים היותר עמוקים של הריקמה

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

מכיוון שיש שם את הסרט מחזיר-האור העשוי משי.

And you see there, it gets reintegrated in tissue.

ורואים שם, הוא מתמזג עם הריקמה.

And reintegration in the human body

והתמזגות עם גוף האדם

is not the only thing,

זה לא הדבר היחיד.

but reintegration in the environment is important.

כי חשובה גם ההתמזגות עם הסביבה.

So you have a clock, you have protein,

אז יש לנו שעון, ויש פרוטאין,

and now a silk cup like this

וכעת כוס משי כמו זו

can be thrown away without guilt --

שניתן להשליכה ללא רגשות אשמה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

unlike the polystyrene cups

שלא כמו כוסות פלסטיק

that unfortunately fill our landfills everyday.

שלמרבה הצער ממלאות את המזבלות שלנו בכל יום.

It's edible,

זה אכיל,

so you can do smart packaging around food

כך שניתן ליצור אריזות חכמות העוטפות מזון

that you can cook with the food.

ושניתן לבשלן ביחד עם המזון.

It doesn't taste good,

אבל הן לא ערבות לחיך,

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

לכן אזדקק לקצת עזרה.

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

אבל קרוב לוודאי שהדבר הבולט ביותר הוא שהמעגל נסגר.

Silk, during its self-assembly process,

משי, במהלך היווצרותו הטבעית,

acts like a cocoon for biological matter.

משמש בתור קליפת-גולם לצורך ביולוגי.

And so if you change the recipe,

ולכן, אם משנים את המתכון,

and you add things when you pour --

ומוסיפים דברים כאשר שופכים --

so you add things to your liquid silk solution --

כך שמוסיפים דברים לתמיסת המשי --

where these things are enzymes

כאשר הדברים הללו הם אנזימים

or antibodies or vaccines,

או נוגדנים או חיסונים,

the self-assembly process

תהליך ההרכבה העצמית

preserves the biological function of these dopants.

שומר על התיפקוד הביולוגי של התוספות הללו.

So it makes the materials environmentally active

זה הופך את החומר לפעיל סביבתית, היוצר

and interactive.

פעילות-גומלין עם הסביבה.

So that screw that you thought about beforehand

כך שמה שחשבנו על בורג,

can actually be used

אפשר להשתמש בו

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

כדי להבריג ולאחות עצם -- עצם שבורה --

and deliver drugs at the same,

ובאותה הזדמנות גם כדי להעביר תרופות,

while your bone is healing, for example.

בזמן שהעצם מתרפאת.

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

או, ניתן להניח תרופות בתוך ארנק ולא במקרר.

So we've made a silk card

כך יצרנו כרטיס עשוי משי

with penicillin in it.

ובתוכו פניצילין.

And we stored penicillin at 60 degrees C,

ואחסננו הפניצילין ב-60 מעלות צלזיוס,

so 140 degrees Fahrenheit,

שזה 140 מעלות פרנהייט,

for two months without loss of efficacy of the penicillin.

למשך חודשיים מבלי לאבד את יעילות הפניצילין.

And so that could be ---

ולכן זו יכולה להיות --

(Applause)

(מחיאות כפיים)

that could be potentially a good alternative

זו יכולה להיות אלטרנטיבה אפשרית טובה

to solar powered refrigerated camels. (Laughter)

לגמלים המקוררים באמצעות אנרגיית שמש.

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

וברור שאין תועלת באיחסון אם אי-אפשר להשתמש בזה.

And so there is this other unique material trait

וכך יש עוד תכונה אחת ייחודית של החומר

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

והיא שניתן לתכנן את התכלותם.

And so what you see there is the difference.

ומה שרואים שם זה ההבדל.

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

למעלה, יש שיכבה שתוכננה לא להתכלות,

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

ולמטה, שיכבה שתוכננה להתכלות במים.

And what you see is that the film on the bottom

ומה שרואים הוא שהשיכבה למטה

releases what is inside it.

משחררת החוצה את מה שבתוכה.

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

וכך היא מאפשרת החלמה של מה שאוחסן קודם.

And so this allows for a controlled delivery of drugs

וכך זה מאפשר שחרור מבוקר של תרופות

and for reintegration in the environment

ומאפשר התמזגות עם הסביבה

in all of these formats that you've seen.

בכל אותן הצורות שראינו.

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

נראה לנו שאנו נמצאים במסלול הנכון של גילויים.

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

אנו נלהבים מהרעיון הזה שכל מה שאנו חפצים לעשות,

whether you want to replace a vein or a bone,

אם זה להחליף צינורות-דם או עצם,

or maybe be more sustainable in microelectronics,

או אולי לקבל יותר עמידות במיקרואלקטרוניקה,

perhaps drink a coffee in a cup

או אולי לשתות כוס קפה

and throw it away without guilt,

ולזרוק את הכוס ללא רגשות אשמה,

maybe carry your drugs in your pocket,

או אולי לקחת את התרופות בכיס,

deliver them inside your body

או לשחררם בגופנו

or deliver them across the desert,

או לשלחם על-פני המדבר,

the answer may be in a thread of silk.

התשובה לכל זה עשויה להימצא בסיב של משי.

Thank you.

תודה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)