Angela Belcher: Using nature to grow batteries

Translator: Liridon Shala Reviewer: Robert Lokaj

I thought I'd talk a little bit about how nature makes materials.

Unë mendoj se do të flisja pak rreth asaj se si natyra i benë materialet.

I brought along with me an abalone shell.

kam sjallur me vete një guacë të kërmillit.

Guaca e kërmillit është një material bio i kompozuar

This abalone shell is a biocomposite material

that's 98 percent by mass calcium carbonate

i cili 98 përqin e tij është nga masa e kalcuimit të karbonuar

and two percent by mass protein.

dhe dy përqind me masë proteine.

Akom, është 3.000 herë më i fuqishem

Yet, it's 3,000 times tougher than its geological counterpart.

sesa pjesa e tijë gjeologjike.

And a lot of people might use structures like abalone shells,

Dhe shumë njerëz mund të përdorin struktura sikurse guacat e kërmillit

sikurse shkumës.

like chalk.

I've been fascinated by how nature makes materials,

Unë kam qen i fasjonuar sesi natyra i bën materialet,

dhe ka shumë konsekuenca

and there's a lot of secrets to how they do such an exquisite job.

sesi bejnë aq shumë punë të lodhëshme.

Part of it is that these materials are macroscopic in structure,

Pjes e tij është se këto materiale

janë mikroskopike në strukturë,

mirpo ato janë formuar në nano-madhësi.

but they're formed at the nano scale.

They're formed at the nano scale,

Ato janë formuar në nano-madhësi,

and they use proteins that are coded by the genetic level

dhe ato përdorin proteina të cilat janë të koduara nga nivelet gjenetike

të cilat u lejojnë atyre të ndërtojnë këto struktura shumë të vështira.

that allow them to build these really exquisite structures.

Pra diqka që unë mendoj se është shumë fasjonuese

So something I think is very fascinating is:

është ajo që qfar nëse do mund ti jepni jetë

What if you could give life to non-living structures,

strukturave jo-jetuese,

like batteries and like solar cells?

sikurse baterive dhe qelizave solare?

What if they had some of the same capabilities

Qka nëse aot kan të njejtat mundësi

sikurse guacat e kërmijve,

that an abalone shell did,

in terms of being able to build really exquisite structures

në mundësit e të qenit

leht të ndertueshme të ketyre strukturave të ndërlikuara

at room temperature and room pressure,

tek temperaturat e dhomes dhe prsioni i saj,

using nontoxic chemicals

duke përdorur kemikale jo-toksike

and adding no toxic materials back into the environment?

dhe duke i shtuar materiale jo toksite mbapa në ambientë?

So that's kind of the vision that I've been thinking about.

Pra ky është vizjoni për të cilin kam qen duke menduar.

And so what if you could grow a battery in a Petri dish?

Dhe qfar nëse mund të rritësh një bateri në një enë plastike?

apo, qfar nese mund t'ju kishit dhën informacione gjenetike një bateria

Or what if you could give genetic information to a battery

pra ajo do kishte qen më e mirë

so that it could actually become better as a function of time, and do so

si funksion i kohës,

dhe bërja e kësaj në një menyrë shumë shoqërore për ambientin?

in an environmentally friendly way?

Pra, ti kthehemi prap kësaj guacës së kërmillit,

And so, going back to this abalone shell,

përveq të qenit nano-strukturë,

besides being nanostructured, one thing that's fascinating is,

një gjë e cila është fasjonuese,

when a male and female abalone get together,

është kur një djal dhe një mashkull bëhen së bashku,

they pass on the genetic information that says,

ata kalojnë në informata gjenetike

të cilat thon, " Kjo është ajo se si të ndërtosh materiale të vështira.

"This is how to build an exquisite material.

Here's how to do it at room temperature and pressure,

Këtu është se si të behet në temperatura dhe presion të dhomës,

duke përdorur materiale jo-tokësike."

using nontoxic materials."

Same with diatoms, which are shown right here,

e njejta me diatom, të cilat janë shfaqur mu këtu, të cilat janë struktura të gjamosura.

which are glasseous structures.

Gjdo herë kur një diatom replikohet,

Every time the diatoms replicate,

they give the genetic information that says,

ato i japin informatat gjentetike të cilat thonë,

"Këtu është se si të ndërtosh gjam në oqean

"Here's how to build glass in the ocean that's perfectly nanostructured."

ajo është nano-strukturë përfekte.

And you can do it the same, over and over again."

Dhe ju mund ta beni poashtu, prap dhe prapë."

Pra qfarë nëse mund ta besh po të njejten gjë

So what if you could do the same thing with a solar cell or a battery?

me një qelizë solare apo bateri?

I like to say my favorite biomaterial is my four year old.

Më pëlqen të them se biomateriali imë i preferuar është katër vite i vjetër.

But anyone who's ever had or knows small children knows,

Mirpo secili që ka pasur, apo ka ditur, fëmijet të vegjel

e dinë që ata janë organizma tmerrësisht kompleksë.

they're incredibly complex organisms.

If you wanted to convince them to do something they don't want to do,

Pra nëse dëshiron ti bindesh ata

që të bejnë diqka që ata nuk dëshirojnë të bejnë. Është shumë e vështirë.

it's very difficult.

Pra kur mendojmë për teknologjin e së ardhmës,

So when we think about future technologies,

we actually think of using bacteria and viruses --

ne faktikisht mendojmë të përdorim bakterie dhe virusë,

organizma të thjeshtë.

simple organisms.

Can you convince them to work with a new toolbox,

A mund ti bindësh ata që të punojnë me një kuti të re veglashë,

që ata të mund të ndërtojnë një strukturë

so they can build a structure that will be important to me?

e cila do të jetë e rendësishme për mua?

Also, when we think about future technologies,

Gjithashtu, kur ne mendojmë për teknologjin e së ardhmës,

we start with the beginning of Earth.

ne fillojmë me fillimin e tokës.

Faktikisht, ju deshtë një miljardë vite

Basically, it took a billion years to have life on Earth.

për tu krijuar jeta në tokë.

And very rapidly, they became multi-cellular,

Dhe secilen pas tjetres, ata behet multi-qelizore,

ato mund të replikohen, ato mund të përdorin fotosintezen

they could replicate, they could use photosynthesis

as a way of getting their energy source.

si menyr për ta marrur burimet e energjisë.

But it wasn't until about 500 million years ago --

Mirpo ishte deri rreth 500 miljonë vite më parë --

gjat periudhës gjeologjike të Cambrian-it

during the Cambrian geologic time period --

organizmat në oqeane filluan të bejnë materiale të renda.

that organisms in the ocean started making hard materials.

Përpara kësaj, ato të gjitha ishin të bua, struktura të plota.

Before that, they were all soft, fluffy structures.

Dhe ishte gjat kësaj kohe

It was during this time that there was increased calcium,

që kishte një rritje të kalcuimit dhe hekuri

iron and silicon in the environment,

dhe silikonit në ambient,

and organisms learned how to make hard materials.

dhe organizmat mësuan se si të bejnë materiale të forta.

So that's what I would like to be able to do,

Pra kjo është ajo që unë do të dëshiroja të jem në gjendje ta bejm --

convince biology to work with the rest of the periodic table.

ta bindim biologjinë

që të punoj me pjesen tjetër të sistemit periodik.

Now, if you look at biology,

Tani po ta shiqoni biologjinë,

there's many structures like DNA, antibodies, proteins and ribosomes

ka shumë struktura sikurse ADN-ja dhe antitrupat

dhe proteina dhe ribozone të cilat janë të vështira

you've heard about,

rreth asaj nano-struktures.

that are nanostructured --

Pra natyra tani na ka dhën neve

nature already gives us really exquisite structures on the nano scale.

struktura vërtet të rendësishme në nano-madhësi.

What if we could harness them

Qka nese do ti dëmtoje ato

and convince them to not be an antibody that does something like HIV?

dhe bindesh ato të mos-jenë një antitrupë

i cili bën diqka sikurse HIV?

Mirpo qfar nëse i bindim ato

What if we could convince them to build a solar cell for us?

për të ndërtuar një qelizë solare për ne?

Pra këtu kemi disa shembuj: Këto janë disa guacka natyrale.

Here are some examples.

Natural shells, natural biological materials.

Janë materiale natyrale biologjike.

The abalone shell here.

Guacat e kërmijve këtu -- dhe nëse i thyen ato,

If you fracture it, you can look at the fact that it's nanostructured.

ju mund ti shiqoni faktet të cilat është një nano-strukturë.

Ka dietome të bëra nga SIO2,

There's diatoms made out of SiO2,

and there are magnetotactic bacteria

dhe ato janë bakterje magnetotike

that make small, single-domain magnets used for navigation.

të cilet e bejnë një magnet të vetem të vogël të përdoret për navigim.

What all these have in common

Qfarë kanë të përbashkëta të gjitha këto

is these materials are structured at the nano scale,

është sepse këto materiale janë të strukturuara në nano-madhësi,

dhe ato kanë një sekuencë ADN-je

and they have a DNA sequence that codes for a protein sequence

të cilat e kodojnë për një proteinë sekuncive

that gives them the blueprint

e cila ju jep atyre skicen

to be able to build these really wonderful structures.

që të jenë në gjendje të ndërtojnë struktura të mrekullueshme.

Now, going back to the abalone shell,

Tani, ti kthehemi prap guacave të kërmillit,

Guacat e bejnë këtë kërmill të ketë këto proteina.

the abalone makes this shell by having these proteins.

These proteins are very negatively charged.

Këto protenia janë shumë të mbushuar në menyr shumë negative.

They can pull calcium out of the environment,

Dhe mund të lëshojnë kalcuim në ambient,

vendoni një shtresë të kalcuimit dhe pastaj karbonojnë, kalcuim dhe karbonim.

and put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.

Ka konsekuenca kemikale të amino acideve,

It has the chemical sequences of amino acids which says,

të cilat thonë, "Kjo është menyra sesi këto i ndërtojnë strukturat.

"This is how to build the structure.

Këto është sekuenca a ADN-së, këtu është ajo e proteines

Here's the DNA sequence, here's the protein sequence

dhe për ta berë atë."

in order to do it."

So an interesting idea is,

Dhe një ide interesante është, qfar nese do mund të merrni ndonje material që dëshironit,

what if you could take any material you wanted,

apo ndonje element në tabelen periodike,

or any element on the periodic table,

dhe të gjeni sekuencen e ADN që i takon,

and find its corresponding DNA sequence,

then code it for a corresponding protein sequence to build a structure,

dhe pastaj kodimin e saj për proteinen qe i takon

për të ndërtuar një strukturë, jo një guacë të kërmillve --

but not build an abalone shell --

build something that nature has never had the opportunity to work with yet.

ndërtimi i një gjëje të till, nepërmjet natyres,

akoma nuk ka pasur mundësit për të funksionuar.

Pra këtu është tabela periodike.

And so here's the periodic table.

dhe unë apsulutisht e dashuroj tabelen periodike.

I absolutely love the periodic table.

Gjdo vitë që hynë klasat e reja ne MIT,

Every year for the incoming freshman class at MIT,

Kam një tabel të sistemit periodik i cili thot,

I have a periodic table made that says,

"Welcome to MIT. Now you're in your element."

"Mirësevini në MIT. Tani ju jeni në elementin tuaj."

(Laughter)

Dhe ju e shfletoni, dhe është amino acidet

And you flip it over, and it's the amino acids

with the pH at which they have different charges.

me PH tek të cilat ato kanë ngarkim të ndryshem.

And so I give this out to thousands of people.

Dhe unë gjithashtu ju jap mijera njerëzve.

And I know it says MIT and this is Caltech,

Dhe unë e di që thon MIT, dhe është një caltech,

mirpo kam disa më tepër nese njerëzit e dëshirojnë.

but I have a couple extra if people want it.

Dhe isha shumë me fatë

I was really fortunate to have President Obama visit my lab this year

që kisha presidentin Obama që vizitoj laburatorin tim

në viziten e tij në MIT,

on his visit to MIT,

and I really wanted to give him a periodic table.

unë me të vërtet dëshiroja ti jap atij një tabel periodike.

Pra qëndrova deri vonë naten, dhe fola me burrin tim,

So I stayed up at night and talked to my husband,

"Si ti jap presidentit Obama një tabel periodike?

"How do I give President Obama a periodic table?

What if he says, 'Oh, I already have one,'

Qfar nëse ai tho, "Oh unë kam një në shtepin time,'

or, 'I've already memorized it?'"

apo "e kam të fikësuar atë?" (Qeshen)

(Laughter)

Pra ai erdhi të vizito laburatorin tiim

So he came to visit my lab and looked around -- it was a great visit.

dhe shiqonte rreth e rrotull -- ishte një vizitë e mirë.

And then afterward, I said,

Dhe pastaj unë i thash,

"Sir, I want to give you the periodic table,

"Zotri, Dëshiroj t'ju jap një tabel periodike

in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."

në rast se jeni të verber dhe ju duhet të kalkuloni peshen e molekulave."

(Laughter)

Unë mendova se pesha e molekulave tingllonte më tërheqse

I thought "molecular weight" sounded much less nerdy than "molar mass."

sesa masa e dhëmballave.

(Laughter)

Ai e shiqoj atë

And he looked at it and said,

dhe tha,

"Thank you. I'll look at it periodically."

"Faliminderit. Do ta shiqoj në menyr perdioke."

(Laughter)

(Qeshen)

(Applause)

(Duartrokitje)

Later in a lecture that he gave on clean energy,

Dhe më vonë në leksionin që ai dha mbi energjin e pastërt,

he pulled it out and said,

ai shpalosi dhe tha,

"And people at MIT, they give out periodic tables." So ...

"Dhe njerëzit në MIT, japin tabela perdiodike."

Pra atë që unë nuk ju thash

So basically what I didn't tell you

is that about 500 million years ago, the organisms started making materials,

është se rreth 500 milion vite më parë, organizmat filluan të prodhojnë materiale,

mirpo i'ju desht atyre rreth 50 milion vite për ta berë mirë.

but it took them about 50 million years to get good at it --

I'u deshë atyre rreth 50 milion vite

50 million years to learn how to perfect how to make that abalone shell.

për të mësuar sesi të perfeksionojnë atë guac kërmilli.

Dhe ajo është e vështir ti tregohet një studenti të diplomuar.(Qeshen)

And that's a hard sell to a graduate student:

Unë kisha këtë projekt të mrekullueshem -- 50 miljonë vite më parë."

"I have this great project ... 50 million years ..."

Pra ne u dasht të zhvillojmë një menyr

So we had to develop a way of trying to do this more rapidly.

për të provuar ta bejmë kohëpaskohe.

And so we use a nontoxic virus called M13 bacteriophage,

Dhe ne përodem një virus që është jo-tokësik

e quajtur M13 bakteriofagë

punë e tij është ti infekton bakteriet.

whose job is to infect bacteria.

Ka një strukturë të thjeshtë ADN-je

Well, it has a simple DNA structure

për të cilat mund ta prsim dhe vendosim

that you can go in and cut and paste additional DNA sequences into it,

sekuenca tjera në të.

Dhe duke e berë atë, e lejon virusin

and by doing that, it allows the virus to express random protein sequences.

për të shfaq sekuenca të proteinave në menyr të rendomët.

This is pretty easy biotechnology,

Dhe kjo është bioteknologji shumë e thjesht.

and you could basically do this a billion times.

Dhe faktikisht ju mund ta beni këtë një miljardë herë.

So you can have a billion different viruses

Dhe ju mund të vazhdoni dhe të keni një miljard virusë të ndryshem

të cilet janë gjenetikishtë identikë,

that are all genetically identical,

but they differ from each other based on their tips,

mirpo ata ndryshojnë nga njëri tjetëri në majën e tyre,

në një sekuencë

on one sequence,

e cila kodon për një proteinë.

that codes for one protein.

Now if you take all billion viruses, and put them in one drop of liquid,

Tani nëse i merrni të gjithë ata miljard virusët

dhe mund ti vendosni ata në një lëng,

you can force them to interact with anything you want

ju mund ti detyroni ato të bashkëveprojnë me gjdogjë që ju dëshironi në tabel periodike.

on the periodic table.

Dhe nepërmjet një procesi të zgjedhëjes dhe evolvimit,

And through a process of selection evolution,

ju mund të zgjedhni një nga një miljard viruset të cilet mund të bejnë diqka që ti dëshiron të bësh me ta,

you can pull one of a billion that does something you'd like it to do,

sikurse rritjen e një bateria apo qelize solare.

like grow a battery or a solar cell.

Pra faktikisht, viruse nuk mund të replikohen vetvetiu; atyre ju duhet një strehues.

Basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.

Sapo të keni gjetur atë nga një miljardët,

Once you find that one out of a billion,

ju e infektoni atë në një bakterie,

you infect it into a bacteria, and make millions and billions of copies

dhe ju beni miljona dhe miljarda kopje

of that particular sequence.

të asaj sekuence.

The other thing that's beautiful about biology

Dhe gjëja tjetër e bukur rreth biologjisë

is that biology gives you really exquisite structures

është se biologjia ju jep juve një struktur shumë eksituese

me madhësi dhe lidhje të bukura.

with nice link scales.

These viruses are long and skinny,

Dhe me këta virusë të gjatë dhe dobët,

and we can get them to express the ability

ne mund ti marrim ata të paraqesin mundësin

to grow something like semiconductors

për të rritur diqka sikurse gjysëmpërcjellësit

or materials for batteries.

apo materiale për bateritë.

Tani kjo është një bateri e furnizimit të lartë të cilen e kemi rritur në laburatorin tim.

Now, this is a high-powered battery that we grew in my lab.

We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.

Ne ingjinjerum një virus për të marrur nanotubet e karboneve.

One part of the virus grabs a carbon nanotube,

Pra një pjesë e virusit mbledhë një nano karbonë.

the other part of the virus has a sequence

Pjesa tjetër e virusit ka një sekuencë

e cila mund të rritë një elektrod për një bateri.

that can grow an electrode material for a battery,

and then it wires itself to the current collector.

Dhe pastaj e lidhë vetveten më mbëledhësin momental.

And so through a process of selection evolution,

Pra nepërmjet procesit të zgjedhëjes dhe evolvimit,

we went from being able to have a virus that made a crummy battery

ne kaluam nga të pasurit e një virusa i cili prodhonte një bateri e dobet

tek një virus i cili mund të bejë një bateri të mirë

to a virus that made a good battery

to a virus that made a record-breaking, high-powered battery

deri tek një virusë i cili mund të bejë një bateri të cilësis së lartë rekorde

that's all made at room temperature, basically at the benchtop.

e gjithë kjo është ndërtuar në temperaturen e dhomës, faktikisht tek një bankë në krye.

That battery went to the White House for a press conference,

Dhe ajo bateri shkoi tek shtëpia e bardhë për një konferenc gazetarësh.

Kam sjellur me vete këtu.

and I brought it here.

You can see it in this case that's lighting this LED.

Ju mund ta shihni në këtë rast -- po e ndriqon këtë LED.

Now if we could scale this,

Tani po të mund të rrisnim këtë,

you could actually use it to run your Prius,

ju faktikisht mund ta përdorni atë

për të lëvizur një Honda Prius,

which is kind of my dream -- to be able to drive a virus-powered car.

e cila është ëndrra ime -- të jemi në gjendje të vozisim një makinë të lëvizur më virusë.

(Laughter)

Mirpo është faktike --

But basically you can pull one out of a billion,

që mund të zgjedhësh një nga një miljardët.

and make lots of amplifications to it.

Ju mund të bëni shumë amplifikime tek ajo.

Basically, you make an amplification in the lab,

Faktikisht, ju mund të beni një amplifikim në laburatorë,

dhe pataj ta mbëledhësh sëbashku

and then you get it to self-assemble into a structure like a battery.

në një struktur sikurse një bateri.

We're able to do this also with catalysis.

Ne jemi në gjendje ta bejmë atë gjithashtu edhe me katalysis.

This is the example of a photocatalytic splitting of water.

Ky është një shembull

i një fotokatalysi i ndarë nga uji.

And what we've been able to do is engineer a virus

Dhe ajo që kemi qen në gjendje të bejmë

është ingjinjerimi i një virusi i cili mund të merr molekulat e vdekura

to basically take dye-absorbing molecules

dhe ti vendoni në sipërfaqen e një virusi

and line them up on the surface of the virus

pra vepron sikurse një antenë,

so it acts as an antenna,

and you get an energy transfer across the virus.

dhe ju përfitoni një transfer energjie nepërmjet virusit.

Dhe pastaj ne i japim gjenin e dytë

And then we give it a second gene to grow an inorganic material

për të rritur një material jo-organik

that can be used to split water into oxygen and hydrogen,

i cili mund të përdoret për të ndarë ujin

në oksigjen dhe hidrogjen

that can be used for clean fuels.

i cili mund të përoret për karburantet e pastërta.

I brought an example of that with me today.

Dhe kam sjellur një shembull të tij me vete sotë.

My students promised me it would work.

Studentët e mij më premtuan mua so do të funksionon.

These are virus-assembled nanowires.

Këta janë virusët të mbledhur në nano-lidhje.

Kur shëndrrisni dritë në ta, ju mund ti shini ata duke u përdredhur.

When you shine light on them, you can see them bubbling.

In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.

Në këtë rast, ju po shihni oksigjenin duke përdredhur jashtë.

(Applause)

Dhe faktikisht, duke i kontrolluar këto gjene,

Basically, by controlling the genes,

you can control multiple materials to improve your device performance.

ju mund të kontrolloni shumë materiale për të përmisuar përformancat e paisjes suaj.

Shembulli i fundit është qeliza solare.

The last example are solar cells.

Ju gjithashtu mund ta bëni këtë me qeliza solare.

You can also do this with solar cells.

We've been able to engineer viruses to pick up carbon nanotubes

Ne kemi arritur ta ingjinjerojmë një virusë

i cili mbledhë nanotubat e karbonit

and then grow titanium dioxide around them,

dhe pastaj rritë dioksidet e titaniumit rreth vetit--

and use it as a way of getting electrons through the device.

dhe përdor një menyr për të marrur elektronet nepërmjet paisjes.

And what we've found is through genetic engineering,

Dhe atë që ne gjetur është se nepërmjet ingjinjerimit gjenetikë,

we can actually increase the efficiencies of these solar cells

ne mund të rrisim

përsosëshmerin e këtyre qelizave solare

to record numbers

në numëra rekord

for these types of dye-sensitized systems.

për këto lloje të sistemeve dy-sentuese.

And I brought one of those as well,

Dhe unë kam sjellur një prej tyre me veti

that you can play around with outside afterward.

me të cilin mund të luani jashtë pastaj.

Pra ky është një virusë i bazuar në qeliza solare.

So this is a virus-based solar cell.

Nepërmjet evolvimit dhe zgjedhëjes,

Through evolution and selection,

we took it from an eight percent efficiency solar cell

ne e morem nga një tetë përqind përfekshmeri e qelizave solare

deri në 11 përqind eficient të qeliës solare.

to an 11 percent efficiency solar cell.

So I hope that I've convinced you

Pra shpresoj që ju kam bindur juve

that there's a lot of great, interesting things to be learned

që ka shumë gjëra të bukura, itneresante që duhet mësuar

në atë sesi natyra krijonë materiale --

about how nature makes materials,

and about taking it the next step,

dhe quarjen në hapin e ardhëshem

to see if you can force or take advantage of how nature makes materials,

për të parë nese mund ta detyrojmë,

apo mund ta marrim përparësin e asaj se si natyral krijonë materialet,

për të berë gjëra për të cilat natyra nuk ka ëndërruar për ti krijuar ato.

to make things that nature hasn't yet dreamed of making.

Thank you.

Faliminderit.

(Applause)