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

Translator: Lkhagvajav Ishdorj Reviewer: Zaya Skodde

The year is 1800.

1800 он.

Нэгэн сонирхолтой бяцхан нээлтийн тухай хүн бүр ярьж байлаа.

A curious little invention is being talked about.

Энэ бол бичил дуран.

It's called a microscope.

What it allows you to do

Үүнийг ашиглан бид

is see tiny little lifeforms

хүний нүдэнд үл үзэгдэх

that are invisible to the naked eye.

аливаа жижиг бүтцийг харах боломжтой.

Тун удалгүй анагаах ухааны нээлтийн ачаар

Soon comes the medical discovery

эдгээр жижиг биетүүд нь хүний биед аймшигтай өвчнүүдийн

that many of these lifeforms are actually causes

of terrible human diseases.

үүсэх шалтгаан болдгийг олж тогтоосон байна.

Imagine what happened to the society

Нийгэм энэ мэдээг цочирдон хүлээж авсан

when they realized

бөгөөд алс тэртээ

that an English mom in her teacup

нэгэн Англи ээж аягатай цай нь

жижигхэн мангасуудаар дүүрэн болохыг олж мэдсэнтэй л ижил биз ээ.

actually was drinking a monster soup,

Лондон хот гэдэг тийм ч хол биш.

not very far from here. This is from London.

Fast forward 200 years.

Үүнээс хойш 200 жил өнгөрлөө.

Мангастай цай байсан хэвээр.

We still have this monster soup around,

and it's taken hold in the developing countries

Ялангуяа халуун бүсэд орших

хөгжиж буй орнуудад маш том асуудал болоод байна.

around the tropical belt.

Just for malaria itself,

Хумхаа өвчнийг л аваад үзэхэд,

жил бүр 1 сая хүн энэ өчнөөр нас барж,

there are a million deaths a year,

and more than a billion people

цаана нь хумхаагийн аливаа хэлбэрээр

that need to be tested because they are at risk

өвчлөх магадлалтай, үүнийгээ оношлуулах шаардлагатай

for different species of malarial infections.

тэрбум хүн байна.

Өнөө цагт эдгээр жижигхэн мангасуудыг олж танихад

Now it's actually very simple to put a face

to many of these monsters.

маш хялбар болсон.

You take a stain, like acridine orange

Та акридин улбар шар, флуоресценц бодис,

or a fluorescent stain or Giemsa,

аль эсвэл Жимзагаас дээж аваад

and a microscope, and you look at them.

үүнийгээ бичил дурандаа харна.

They all have faces.

Тэд бүгд өөрийн гэсэн гадаад төрхтэй.

Тэгвэл яагаад Кени улсын Алекс, Бангладеш хотын Фатима,

Why is that so, that Alex in Kenya,

Fatima in Bangladesh, Navjoot in Mumbai,

Мумбай хотын Навжут эсвэл Угандад байгаа Жули, Мари хоёр

and Julie and Mary in Uganda still wait months

өвчнийхөө оношийг мэдэхийн тулд

to be able to diagnose why they are sick?

олон сараар хүлээх ёстой болдог вэ?

And that's primarily because scalability

Энэ нь голчлон оношлогооны хүртээмж

of the diagnostics is completely out of reach.

маш хангалтгүй байдагтай холбоотой.

And remember that number: one billion.

Нөгөө тоог дахин сануулъя. Нэг тэрбум хүн.

The problem lies with the microscope itself.

Үндсэн асуудал бичил дуранд өөрт нь байгаа юм.

Even though the pinnacle of modern science,

Орчин үеийн шинжлэх ухааны хөгжил оргилдоо хүрсэн ч

одоог хүртэл авч явахад хялбар бичил дуран бүтээгдсэнгүй.

research microscopes are not designed for field testing.

Neither were they first designed

Тэгээд ч анхнаасаа

for diagnostics at all.

оношлогооны зориулалттай байгаагүй юм.

Маш хүнд, овор ихтэй, арчилгаа их шаардахаас гадна

They are heavy, bulky, really hard to maintain,

and cost a lot of money.

өртөг өндөртэй эд.

This picture is Mahatma Gandhi in the '40s

Энэхүү зураг дээр 1940-өөд онд Махатма Ганди

using the exact same setup that we actually use today

Энэтхэгт Севаграм дахь гэртээ өнөөгийн бидний хэрэглэдэгтэй яг ижил

for diagnosing T.B. in his ashram

бичил дуран ашиглан

сүрьеэ өвчнийг оношилж байна.

in Sevagram in India.

Two of my students, Jim and James,

Жим болон Жэймс гэх хоёр оюутан маань

traveled around India and Thailand,

Энэтхэг, Тайландаар аялах замдаа

starting to think about this problem a lot.

энэ асуудлыг олон талаас нь судалж үзжээ.

We saw all kinds of donated equipment.

Бид маш олон хандивын тоног төхөөрөмж харж байсан.

We saw fungus growing on microscope lenses.

Бичил дурангийн шилэнд хөгц ургасан байхтай ч таарч байв.

And we saw people who had a functional microscope

Үүгээр ч барахгүй, бүрэн ажиллагаатай бичил дурангаа

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

хэрхэн асаахыг мэддэггүй ч хүн байлаа.

Эдгээр ажиглалт болон аяллын үр дүнд

What grew out of that work and that trip

was actually the idea of what we call Foldscopes.

бид "Эвхдэг дуран" хийх санаагаа олсон юм.

So what is a Foldscope?

Тэгвэл Эвхдэг дуран гэж юу вэ?

A Foldscope is a completely functional microscope,

Энэ бол бүрэн ажиллагаатай,

a platform for fluorescence, bright-field,

флуоресценц, гэрлийн,

polarization, projection,

туйлшруулагч, тусгалын гэх мэт

all kinds of advanced microscopy

бүх төрлийн дэвшилтэт бичил дуранг

зөвхөн цаас нугалж хийх арга.

built purely by folding paper.

So, now you think, how is that possible?

Энэ боломжтой гэж үү?

Би загвар болгож хэд хэдийг авчирсан,

I'm going to show you some examples here,

заримаас нь тайлбарлая.

and we will run through some of them.

It starts with a single sheet of paper.

Энэ бүхэн ердөө ганц хуудас цааснаас эхэлнэ.

What you see here is all the possible components

Та бүхний харж байгаа зүйл бол бүрэн ажилладаг

гэрлийн, флуоресценц бичил дурангийн хэрэглэгдэхүүн байна.

to build a functional bright-field and fluorescence microscope.

So, there are three stages:

Дуран хийх үндсэн 3 шаттай.

There is the optical stage, the illumination stage

Оптикал буюу дурангийн, гэрэлтүүлгийн,

мөн нэгтгэн хэлбэржүүлэх шатууд болно.

and the mask-holding stage.

And there are micro optics at the bottom

Жижиг дурангуудыг цаасны доод талд

that's actually embedded in the paper itself.

шигтгэж оруулсан байгаа.

What you do is, you take it on,

Тэгэхээр та

and just like you are playing like a toy,

яг л эвлүүлдэг тоглоомоор тоглохтой адил

which it is,

эдгээр бүрдэл хэсгүүдийг

I tab it off,

нэг нэгээр нь хуулаад,

салгаж авна.

and I break it off.

This paper has no instructions and no languages.

Цаасан дээр ямар нэгэн заавар болон бичиг үсэг байхгүй.

There is a code, a color code embedded,

Харин үүний оронд өнгөөр кодлон

that tells you exactly how to fold that specific microscope.

тухайн зориулалтын дуранг хэрхэн эвхэж бэлдэхийг харуулсан болно.

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

Хийж дууссаны дараа нэг иймэрхүү харагдах бөгөөд

has all the functionalities of a standard microscope,

стандарт бичил дуранд байдаг бүх л функцийг агуулсан.

just like an XY stage,

Яг л "ХҮ" үет шат шиг.

Жишээ нь, дээжний түрхлэг орох хэсэг нь

a place where a sample slide could go,

for example right here.

яг энд байрлаж байна.

Бид үүнийг өөрчлөхийг хүсээгүй,

We didn't want to change this,

because this is the standard

учир нь энэ бол олон жилийн

that's been optimized for over the years,

туршид сайжруулсаар ирсэн арга бөгөөд

and many health workers are actually used to this.

эрүүл мэндийн ажилтнууд ч хэрэглэж хэвшсэн байдаг.

So this is what changes,

Тиймээс энэ нь өөрчлөгдсөн ч

but the standard stains all remain the same

түрхэц нь олон төрлийн өвчний хувьд

стандарт хэвээрээ байх юм.

for many different diseases.

You pop this in.

Үүнийг шургуулж оруулаад

There is an XY stage,

"XY" үе шатын дараа

and then there is a focusing stage,

фокусаа тааруулах хэрэгтэй.

which is a flexure mechanism

Цаасан дээр суурилуулсан учраас

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

нааш цааш хөдөлгөн

линзийг алгуурхан тохируулах боломжтой.

and focus the lenses by micron steps.

Энэ биетийн маш сонирхолтой хэсэг бий.

So what's really interesting about this object,

and my students hate when I do this,

Оюутнууд маань үүнийг үзэн яддаг ч

but I'm going to do this anyway,

миний байнга хийдэг нэг зүйл бий.

is these are rugged devices.

Эдгээр нь тэгш бус гадаргуутай.

I can turn it on and throw it on the floor

Асаагаад шалан дээр шидснийхээ дараа

and really try to stomp on it.

хамаг хүчээрээ дэвсэлж болно.

And they last, even though they're designed

Хамгийн уян хатан материалуудын нэг болох цаасаар хийсэн учраас

from a very flexible material, like paper.

маш бат бөх байдаг.

Another fun fact is, this is what we actually

Бас нэг хөгжилтэй зүйл гэвэл оношлогооны стандарт хэрэгслийг

би барьж байна.

send out there as a standard diagnostic tool,

Харин энэ хавтсанд

but here in this envelope

I have 30 different foldscopes

30 өөр төрлийн тохиргоо бүхий

of different configurations all in a single folder.

бичил дуранг багтаасан байна.

Ингээд би нэгийг сонгож авъя.

And I'm going to pick one randomly.

This one, it turns out, is actually designed

Сонгосон дуран маань хумхаа өвчнийг оношлох

specifically for malaria,

зориулалттайг хялбар таньж болно.

because it has the fluorescent filters built

Учир нь үүнд хумхааг оношлоход ашигладаг

specifically for diagnosing malaria.

флуоресцент шүүлтүүр байна.

So the idea of very specific diagnostic microscopes

Маш нарийн тодорхой оношлогооны бичил дуран гэж

comes out of this.

үүнийг л хэлээд байгаа юм.

So up till now, you didn't actually see

Одоог хүртэл та нарт

what I would see from one of these setups.

бодитоор алийг нь ч харуулаагүй байлаа.

So what I would like to do is,

Тэгэхээр, бид юу хийх вэ гэж үү?

Гэрлээ бага зэрэг бүдэгрүүлчихгүй юу?

if we could dim the lights, please,

it turns out foldscopes are also projection microscopes.

Эвхдэг дуран маань мөн тусгалтай бичил дуран болохыг харж болно.

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

Надад та бүхэнд үзүүлэх 2 төрлийн бичил дуран байна.

go to the back of the wall --

Хананы арын хэсэг рүү анхаарна уу.

and just project, and this way you will see

ингээд гэрлээ тусгавал та бүхэн

exactly what I would see.

миний харж байгааг мөн харах болно.

What you're looking at --

Та нарын харж байгаа зүйл бол...

(Applause) —

(Алга ташилт)

This is a cross-section of a compound eye,

Энэ бол олон салаалсан харааны эрхтэн ба

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

жаахан томруулаад

I am going through the z-axis.

Z тэнхлэгийг харж болно.

You actually see how the lenses are cut together

Энд та бүхэн харааны хэсгүүд огтлолцож байгаа хэсэгтээ

in the cross-section pattern.

хэрхэн хуваагдсан байгааг харна.

Another example, one of my favorite insects,

Дараагийн жишээ бол

миний үзэн ядах дуртай шавьж болох

I love to hate this one,

шумуул.

is a mosquito,

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

Яг одоо та нар

кюлекс пайпиенс шумуулны тэмтрүүлийг харж байна.

Right there.

Эдгээрийг бүгдийг миний тайлбарласан тохируулгыг ашиглан харж байгаа.

All from the simple setup that I actually described.

So my wife has been field testing

Манай эхнэр

some of our microscopes

намайг хувцсаа хатаагчид мартах бүр

by washing my clothes whenever I forget them

тэднийг угааж, манай дуранд туршилт хийдэг юм.

in the dryer.

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

Тэгсэн чинь эвхмэл дуран маань усны хамгаалалттай юм байна лээ.

(Laughter) —

(Инээд)

Энэ флуоресцент ус байна, та нарт харагдаж байгаа эсэхийг

right here is just fluorescent water,

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

мэдэхгүй юм.

Үүгээр тусгалын дуран яаж ажилладгийг мэдэж болно.

This also shows you how the projection scope works.

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

Хэрхэн цацарч, хугарч байгаа нь харагдаж байгаа.

Can we get the lights back on again?

Гэрлээ буцаагаад асаагаад өгөхгүй юу?

Миний цаг дуусч байгаа учир

So I'm quickly going to show you,

since I'm running out of time,

би та нарт үйлдвэрлэлийн зардлыг

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

түргэхэн үзүүлье.

Үйлдвэрлэлийн зардлын тухайд

the biggest idea was roll-to-roll manufacturing,

хуйлаасан хэвлэлийн арга ашиглан

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

материал болон бусад зардалтайгаа нийлээд 50 цент болсон юм.

(Applause)

(Алга ташилт)

And what this allows us to do

Үүний ачаар бид бичил дурангийн салбарт

is to think about a new paradigm in microscopy,

нэг шинэ нэршил нэвтрүүлсэн нь

which we call use-and-throw microscopy.

нэг удаагийн бичил дуран.

I'm going to give you a quick snapshot

Би та нарт үндсэн орцын тухай

of some of the parts that go in.

маш товч мэдээлэл өгье.

Here is a sheet of paper.

Энд нэг хуудас цаас байна.

This is when we were thinking about the idea.

Энэ бол бид санаагаа бодож байх үе.

This is an A4 sheet of paper.

А4 хэмжээтэй бичгийн цаас байна.

These are the three stages that you actually see.

Энэ бол үндсэн 3 үе шат нь.

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

Баруун хэсэгт нь харааны бүрдэл хэсгүүд харагдана.

Бид цаасан дээр линз буюу дурангийн шилийг

we had to figure out a way to manufacture lenses

in paper itself at really high throughputs,

цаасан дээр үйлдвэрлэх аргыг олох хэрэгтэй болсон.

so it uses a process of self-assembly

Ингэснээр өөрөө угсрах зориулалттай

and surface tension

өнгөгүй линзийг

to build achromatic lenses in the paper itself.

цаасанд бэхлэх процессийг ашиглах болсон.

So that's where the lenses go.

Энд линзийг оруулж өгнө.

There are some light sources.

Гэрлийн эх үүсвэр хэрэгтэй.

And essentially, in the end,

Ингээд эцэст нь,

all the parts line up because of origami,

бүх бүрдэл хэсгүүд нь оригами шиг болж байгаа юм.

because of the fact that origami allows us

Учир нь оригами бидэнд хараа зүйн хувьд

micron-scale precision of optical alignment.

маш оновчтой байх боломж олгодог.

So even though this looks like a simple toy,

Хэдийгээр зүгээр тоглоом шиг харагдаж байгаа ч,

the aspects of engineering that go in

үүнд оролцож байгаа инженерчлэл нь

something like this are fairly sophisticated.

нилээд төвөгтэй эд.

So here is another obvious thing that we would do,

Бас нэг бидний хийх нь зайлшгүй зүйл байна.

typically, if I was going to show

Хэрвээ би та нарт

that these microscopes are robust,

эдгээрийг бат бөх гэдгийг харуулахыг хүссэн бол

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

3 давхарт гараад тэндээс унагааж үзүүлэх байсан.

There it is, and it survives.

Тэр унасан хэдий ч бүрэн бүтэн үлдлээ.

So for us, the next step actually

Тэгэхээр бидний хувьд дараагийн шат бол

туршиж дуусгах явдал болоод байна.

is really finishing our field trials.

We are starting at the end of the summer.

Бид энэ зуны сүүлчээр эхлэхээр гэж байгаа.

Яг одоо мянга мянган бичил дуран хийх шатандаа явж байна.

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

That would be the first time where we would be

Энэ нь бидний хувьд

хамгийн өндөр нягтаршил бүхий

doing field trials with the highest density

of microscopes ever at a given place.

бичил дурангийн анхны туршилт байх болно.

We've started collecting data for malaria,

Бид хумхаа, Чагасын өвчин [паразит] зэргийн

Chagas disease and giardia from patients themselves.

тоон мэдээллийг өвчтөнүүдээс нь цуглуулж байна.

And I want to leave you with this picture.

Ингээд эцэст нь энэ зургийг сонирхуулъя.

I had not anticipated this before,

Би өмнө нь огт таамаглаж байгаагүй ч

but a really interesting link

шинжлэх ухааны боловсрол болон

between hands-on science education

дэлхийн эрүүл мэндийн асуудлын хооронд

and global health.

маш сонирхолтой хамаарал бий.

What are the tools that we're actually providing

Ирээдүйд мангастай шөлтэй тэмцэх

the kids who are going to fight

бяцхан хүүхдүүдэд

this monster soup for tomorrow?

бид ямар зэвсэг үлдээж байгаа билээ?

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

Би тэднийг Эвхдэг дурангаа хэвлэж аваад

a Foldscope and carry them around in their pockets.

ямагт бэлэн халаасалж яваасай гэж хүсч байна.

Thank you.

Баярлалаа.

(Applause)

(Алга ташилт)