Let's imagine a sculptor building a statue, just chipping away with his chisel. Michelangelo had this elegant way of describing it when he said, "Every block of stone has a statue inside of it, and it's the task of the sculptor to discover it." But what if he worked in the opposite direction? Not from a solid block of stone, but from a pile of dust, somehow gluing millions of these particles together to form a statue.
Imaginem um escultor a fazer uma estátua, a dar-lhe forma com o cinzel. Miguel Ângelo descreveu-o de forma elegante, quando disse: "Todo o bloco de pedra tem uma estátua lá dentro "A tarefa do escultor é descobri-la". E se trabalhássemos na direção contrária? Não a partir de um bloco de pedra, mas de um monte de pó, colando milhões de partículas para formar uma estátua.
I know that's an absurd notion. It's probably impossible. The only way you get a statue from a pile of dust is if the statue built itself -- if somehow we could compel millions of these particles to come together to form the statue.
Sei que é uma noção absurda. Provavelmente, é impossível. A única forma de obter uma estátua a partir de um monte de pó é que a estátua se construa sozinha, como se pudéssemos forçar milhões dessas partículas a unirem-se para formar a estátua.
Now, as odd as that sounds, that is almost exactly the problem I work on in my lab. I don't build with stone, I build with nanomaterials. They're these just impossibly small, fascinating little objects. They're so small that if this controller was a nanoparticle, a human hair would be the size of this entire room. And they're at the heart of a field we call nanotechnology, which I'm sure we've all heard about, and we've all heard how it is going to change everything.
Por mais estranho que pareça, é exatamente nesse problema que eu estou a trabalhar. Eu não crio a partir da pedra, eu construo com nanomateriais. São esses minúsculos objetos, impossivelmente pequenos e fascinantes. São tão pequenos que, se este controlador fosse uma nanopartícula, um cabelo humano teria o tamanho desta sala inteira. São o centro de uma área a que chamamos nanotecnologia de que, certamente, já ouviram falar. Já todos ouvimos dizer como é que ela vai mudar tudo.
When I was a graduate student, it was one of the most exciting times to be working in nanotechnology. There were scientific breakthroughs happening all the time. The conferences were buzzing, there was tons of money pouring in from funding agencies. And the reason is when objects get really small, they're governed by a different set of physics that govern ordinary objects, like the ones we interact with. We call this physics quantum mechanics. And what it tells you is that you can precisely tune their behavior just by making seemingly small changes to them, like adding or removing a handful of atoms, or twisting the material. It's like this ultimate toolkit. You really felt empowered; you felt like you could make anything.
Quando eu era estudante de pós-graduação, foi uma das épocas mais excitantes para trabalhar em nanotecnologia. Havia novidades científicas a aparecer todos os dias. As conferências eram movimentadas, havia toneladas de dinheiro a jorrar de organizações financiadoras. A razão é que, quando os objetos são assim tão minúsculos, regem-se por um conjunto diferente da física que rege os objetos comuns, como aqueles com que interagimos. Chamamos-lhe mecânica quântica da física. Diz-nos que podemos afinar o seu comportamento com precisão fazendo-lhes algumas mudanças aparentemente pequenas, como acrescentar ou retirar uma mão cheia de átomos ou retorcendo o material. É como este conjunto de ferramentas. Sentíamo-nos cheios de poder: pensávamos que podíamos fazer tudo.
And we were doing it -- and by we I mean my whole generation of graduate students. We were trying to make blazing fast computers using nanomaterials. We were constructing quantum dots that could one day go in your body and find and fight disease. There were even groups trying to make an elevator to space using carbon nanotubes. You can look that up, that's true. Anyways, we thought it was going to affect all parts of science and technology, from computing to medicine. And I have to admit, I drank all of the Kool-Aid. I mean, every last drop.
Nós estávamos a fazê-lo — quando digo nós, quero dizer a minha geração de estudantes. Estávamos a tentar fazer computadores super rápidos, usando nanomateriais. Estávamos a construir pontos quânticos que, um dia, podiam entrar no nosso corpo, encontrar e combater doenças. Havia mesmo grupos que tentavam fazer um elevador espacial usando nanotubos de carbono. Podem procurar, é verdade. Seja como for, pensávamos que iria afetar todas as áreas da ciência e da tecnologia, da informática à medicina. Tenho que confessar, engoli todas estas ideias, até à última gota.
But that was 15 years ago, and -- fantastic science was done, really important work. We've learned a lot. We were never able to translate that science into new technologies -- into technologies that could actually impact people. And the reason is, these nanomaterials -- they're like a double-edged sword. The same thing that makes them so interesting -- their small size -- also makes them impossible to work with. It's literally like trying to build a statue out of a pile of dust. And we just don't have the tools that are small enough to work with them. But even if we did, it wouldn't really matter, because we couldn't one by one place millions of particles together to build a technology. So because of that, all of the promise and all of the excitement has remained just that: promise and excitement. We don't have any disease-fighting nanobots, there's no elevators to space, and the thing that I'm most interested in, no new types of computing.
Mas isso foi há 15 anos, e foi feita ciência fantástica, um trabalho importantíssimo. Aprendemos muitíssimo. Nunca conseguimos traduzir essa ciência em novas tecnologias em tecnologias que pudessem ter impacto nas pessoas. A razão disso é porque, estes nanomateriais são como uma espada de dois gumes. Aquilo que os torna tão interessantes — a sua dimensão minúscula — também torna impossível trabalhar com eles. É literalmente como tentar criar uma estátua a partir de um monte de pó. Não temos as ferramentas suficientemente pequenas para trabalhá-los. Mas, mesmo que as tivéssemos, isso não faria diferença, porque não poderíamos juntar milhões de partículas, uma a uma, para criar uma tecnologia. Portanto, por causa disso, todas as promessas e todo o entusiasmo assim se mantiveram: promessas e entusiasmo. Não temos nano-robôs que lutem contra as doenças, não há elevadores espaciais, e aquilo que mais me interessa, não há novos tipos de computadores.
Now that last one, that's a really important one. We just have come to expect the pace of computing advancements to go on indefinitely. We've built entire economies on this idea. And this pace exists because of our ability to pack more and more devices onto a computer chip. And as those devices get smaller, they get faster, they consume less power and they get cheaper. And it's this convergence that gives us this incredible pace.
Estes últimos são uma coisa muito importante. Chegámos a pensar que o ritmo da evolução dos computadores prosseguiria indefinidamente. Construímos economias inteiras com base nesta ideia. E esse ritmo existe porque conseguimos encaixar cada vez mais dispositivos num chip de computador. Como esses dispositivos ficam mais pequenos, são mais rápidos, consomem menos energia, e são mais baratos. É esta convergência que nos dá este ritmo incrível.
As an example: if I took the room-sized computer that sent three men to the moon and back and somehow compressed it -- compressed the world's greatest computer of its day, so it was the same size as your smartphone -- your actual smartphone, that thing you spent 300 bucks on and just toss out every two years, would blow this thing away. You would not be impressed. It couldn't do anything that your smartphone does. It would be slow, you couldn't put any of your stuff on it, you could possibly get through the first two minutes of a "Walking Dead" episode if you're lucky --
Por exemplo: se eu comprimisse o computador do tamanho desta sala que enviou três homens para a lua e os trouxe de novo, — o maior computador do mundo na sua época — até ele ficar do mesmo tamanho de um smartphone, do smartphone atual, essa coisa que custou 300 dólares e é deitado fora de dois em dois anos deitá-lo-ia para o lixo. Vocês não ficariam impressionados. Ele não faria nada do que um smartphone faz. Seria lento, não podíamos pôr nele nada das nossas coisas, talvez conseguíssemos ver os primeiros dois minutos de um episódio de "Os Mortos-Vivos", se tivéssemos sorte.
(Laughter)
A questão é o progresso — não é gradual.
The point is the progress -- it's not gradual. The progress is relentless. It's exponential. It compounds on itself year after year, to the point where if you compare a technology from one generation to the next, they're almost unrecognizable. And we owe it to ourselves to keep this progress going. We want to say the same thing 10, 20, 30 years from now: look what we've done over the last 30 years. Yet we know this progress may not last forever. In fact, the party's kind of winding down. It's like "last call for alcohol," right? If you look under the covers, by many metrics like speed and performance, the progress has already slowed to a halt. So if we want to keep this party going, we have to do what we've always been able to do, and that is to innovate.
O progresso é implacável. É exponencial. Constrói-se sobre si mesmo ano após ano, ao ponto em que, se compararmos uma tecnologia de uma geração para a seguinte, ela é quase irreconhecível. Temos o dever de manter o andamento deste progresso. Queremos dizer a mesma coisa, daqui a 10, 20 ou 30 anos: Vejam o que fizemos nos últimos 30 anos. Mas sabemos que este progresso não pode durar eternamente. Com efeito, o tipo de festa do abrandamento, é como "a última bebida da noite", não é? Se olharmos por baixo da colcha, segundo diversas métricas, como a velocidade e o desempenho, o progresso já começou a abrandar. Por isso, se queremos que a festa continue, temos que fazer o que sempre conseguimos fazer, ou seja, inovar.
So our group's role and our group's mission is to innovate by employing carbon nanotubes, because we think that they can provide a path to continue this pace. They are just like they sound. They're tiny, hollow tubes of carbon atoms, and their nanoscale size, that small size, gives rise to these just outstanding electronic properties. And the science tells us if we could employ them in computing, we could see up to a ten times improvement in performance. It's like skipping through several technology generations in just one step.
O papel do nosso grupo, a missão do nosso grupo é inovar, usando os nanotubos de carbono, porque pensamos que eles podem fornecer uma via para continuar a este ritmo. São tal qual aquilo a que soam. São minúsculos tubos ocos de átomos de carbono, e a sua dimensão à nanoescala, essa diminuta dimensão dá-lhes umas propriedades eletrónicas incríveis. A ciência diz-nos que, se as utilizarmos nos computadores, podemos melhorar dez vezes o seu desempenho. É como saltar várias gerações de tecnologia apenas num passo.
So there we have it. We have this really important problem and we have what is basically the ideal solution. The science is screaming at us, "This is what you should be doing to solve your problem." So, all right, let's get started, let's do this. But you just run right back into that double-edged sword. This "ideal solution" contains a material that's impossible to work with. I'd have to arrange billions of them just to make one single computer chip. It's that same conundrum, it's like this undying problem.
É assim que os temos. Temos um problema muito importante e temos o que é, basicamente, a solução ideal. A ciência está a gritar: "É isto que vocês têm que fazer para resolver o problema". Ok, pronto, vamos começar, vamos fazer isso. Mas voltamos a deparar-nos com a espada de dois gumes. A "solução ideal" contém um material com que é impossível trabalhar. Teria que arranjar milhares de milhões para fazer um único chip de computador. É o mesmo dilema, é como este problema eterno.
At this point, we said, "Let's just stop. Let's not go down that same road. Let's just figure out what's missing. What are we not dealing with? What are we not doing that needs to be done?" It's like in "The Godfather," right? When Fredo betrays his brother Michael, we all know what needs to be done. Fredo's got to go.
Nessa altura, dissemos: "Vamos parar. Não vamos seguir por aí. "Vamos imaginar o que é que falta. "O que é que nos falha? "O que é que não estamos a fazer e que é preciso fazer?" É como "O Padrinho", não acham? Quando Fredo trai o seu irmão Michael, todos sabemos o que é preciso fazer. Fredo tem que desaparecer.
(Laughter)
(Risos)
But Michael -- he puts it off. Fine, I get it. Their mother's still alive, it would make her upset. We just said, "What's the Fredo in our problem?" What are we not dealing with? What are we not doing, but needs to be done to make this a success?" And the answer is that the statue has to build itself. We have to find a way, somehow, to compel, to convince billions of these particles to assemble themselves into the technology. We can't do it for them. They have to do it for themselves. And it's the hard way, and this is not trivial, but in this case, it's the only way.
Mas Michael adia. Tudo bem, até percebo. A mãe deles ainda é viva, ficaria desgostosa. Então, dissemos: "Qual é o Fredo no nosso problema? "O que é que nos está a falhar? "O que é que não estamos a fazer, "mas precisa de ser feito para tornar isto num êxito?" A resposta é que a estátua tem que se construir a si mesma. Temos que arranjar uma forma, seja como for, de forçar, de convencer milhares de milhões destas partículas a montarem-se na tecnologia. Não podemos fazer isso por elas, têm que o fazer sozinhas. É a forma mais difícil, não é uma coisa banal, mas, neste caso, é a única forma.
Now, as it turns out, this is not that alien of a problem. We just don't build anything this way. People don't build anything this way. But if you look around -- and there's examples everywhere -- Mother Nature builds everything this way. Everything is built from the bottom up. You can go to the beach, you'll find these simple organisms that use proteins -- basically molecules -- to template what is essentially sand, just plucking it from the sea and building these extraordinary architectures with extreme diversity. And nature's not crude like us, just hacking away. She's elegant and smart, building with what's available, molecule by molecule, making structures with a complexity and a diversity that we can't even approach. And she's already at the nano. She's been there for hundreds of millions of years. We're the ones that are late to the party.
Acontece que isto não é um problema do outro mundo. Nós não construímos nada desta forma. As pessoas não constroem nada desta forma. Mas, se olharmos à nossa volta — há exemplos por todo o lado — a Mãe Natureza constrói tudo desta forma. Tudo é construído de baixo para cima. Podemos ir à praia, encontramos estes organismos simples que usam proteínas — basicamente moléculas — para dar forma ao que é essencialmente areia, apanhando-a do mar e construindo estas arquiteturas extraordinárias, com uma diversidade enorme. A Natureza não é tosca como nós, cortando a direito. É elegante e inteligente, constrói com o que há disponível, molécula a molécula, formando estruturas com uma complexidade e uma diversidade que nós nem conseguimos imitar. Já está na fase nano. Já lá está há centenas de milhões de anos. Nós somos os que chegámos atrasados à festa.
So we decided that we're going to use the same tool that nature uses, and that's chemistry. Chemistry is the missing tool. And chemistry works in this case because these nanoscale objects are about the same size as molecules, so we can use them to steer these objects around, much like a tool. That's exactly what we've done in our lab. We've developed chemistry that goes into the pile of dust, into the pile of nanoparticles, and pulls out exactly the ones we need. Then we can use chemistry to arrange literally billions of these particles into the pattern we need to build circuits. And because we can do that, we can build circuits that are many times faster than what anyone's been able to make using nanomaterials before. Chemistry's the missing tool, and every day our tool gets sharper and gets more precise. And eventually -- and we hope this is within a handful of years -- we can deliver on one of those original promises.
Por isso, decidimos que vamos usar a mesma ferramenta que a Natureza usa, ou seja, a química. A química é a ferramenta que falta. E a química funciona, neste caso, porque estes objetos, à nanoescala, são do mesmo tamanho que as moléculas, por isso podemos usá-las para encaminhar estes objetos, tal como uma ferramenta. É isso mesmo que temos feito no nosso laboratório. Desenvolvemos a química que penetra no monte de pó, na pilha de nanopartículas e vai buscar exatamente aquelas de que precisamos. Depois usamos a química para organizar milhares de milhões dessas partículas no padrão de que precisamos para construir circuitos. Como conseguimos fazer isso, podemos construir circuitos muitas vezes mais rápidos do que os que se conseguia fazer anteriormente, usando nanomateriais. A química é a ferramenta em falta, e todos os dias a nossa ferramenta é mais acutilante e mais rigorosa. Por fim — e espero que seja dentro de meia dúzia de anos — poderemos cumprir uma dessas promessas iniciais.
Now, computing is just one example. It's the one that I'm interested in, that my group is really invested in, but there are others in renewable energy, in medicine, in structural materials, where the science is going to tell you to move towards the nano. That's where the biggest benefit is. But if we're going to do that, the scientists of today and tomorrow are going to need new tools -- tools just like the ones I described. And they will need chemistry. That's the point. The beauty of science is that once you develop these new tools, they're out there. They're out there forever, and anyone anywhere can pick them up and use them, and help to deliver on the promise of nanotechnology.
Mas os computadores são apenas um exemplo. É aquele em que eu estou interessado, aquele em que o meu grupo tem investido, mas há outros, na energia renovável, na medicina, em materiais estruturais, em que a ciência nos vai dizer para avançarmos para o nano. É onde estão os maiores benefícios. Mas, se formos fazer isso, os cientistas de hoje e de amanhã vão precisar de novas ferramentas, ferramentas como as que descrevi. Vão necessitar da química. É essa a questão. A beleza da ciência é que, depois de desenvolvermos estas novas ferramentas, elas passam a existir, para sempre, e qualquer um, em qualquer parte, pode agarrar nelas e usá-las, e ajudar a cumprir as promessas da tecnologia.
Thank you so much for your time. I appreciate it.
Muito obrigado pelo vosso tempo. Gostei muito.
(Applause)
(Aplausos)