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.
Уявімо за роботою скульптора, який виточує різцем свою скульптуру. Ось як витончено Мікеланджело описав цей процес: "У кожній кам'яній брилі всередині знаходиться скульптура, завдання скульптора - вивільнити її звідти." Але що, якби він працював у зворотньому напрямі? Починаючи не з твердої кам'яної брили, а з купи крихт, якимось чином зліплюючи мільйони часточок, надаючи їм форми статуї.
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.
Я розумію, що це - нісенітниця. Мабуть, це неможливо. Єдиний спосіб отримати статую з купи пилу, це її самоутворення; якби ми могли змусити мільйони тих часточок з'єднатися, набуваючи форми статуї.
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.
Як дивно це б не звучало, але практично над таким же питанням я зараз працюю в лабораторії. Я не будую з каменю, я будую з наноматеріалів. Вони неймовірно дрібні, захоплюючі маленькі об'єкти. Для порівняння - якщо цей пульт уявити наночастинкою, людська волосина була б розміром з цю кімнату. І вони - серце галузі, яку ми називаємо нанотехнологіями, про яку, я впевнений, ми всі чули, і ми всі знаємо, як вона невдовзі змінить наше життя.
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.
Коли я був випускником, я застав один з найзахопливіших періодів роботи з нанотехнологіями. Весь час відбувались наукові прориви. Активно проводились конференції , фінансуючі організації вливали сюди безліч коштів. Причина наступна: при неймовірному зменшенні об'єктів ними керують певні фізичні явища, ті самі, що і звичайними об'єктами, наприклад, нами. Ми називаємо це квантовою механікою. Це означає, що ми цілком можемо впливати на їх поведінку, просто роблячи невеликі, на наш погляд, зміни, наприклад, додаючи або прибираючи трохи атомів, або скручуючи матеріал. Це як основний набір інструментів. Ти відчуваєш нові можливості, наче можеш робити, що завгодно.
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.
І ми робили це - кажучи "ми", я маю на увазі ціле покоління випускників. Використовучи наноматеріали, ми намагалися створити надшвидкі комп'ютери. Ми працювали над квантовою точкою, яка може виявити в вашому тілі хворобу та боротися з нею. Деякі групи навіть пробували створити космічний ліфт на вуглецевих нанотрубках. Ви можете перевірити, це правда. В будь-якому разі, ми думали, що це вплине на всі галузі, від обчислювальної техніки до медицини. Маю визнати, я завжди беззаперечно вірив в цю справу. Дійсно, самовіддано.
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.
Але це було 15 років тому, і... зроблено фантастичні, важливі наукові відкриття. Ми багато чому навчились. Ми ніколи не могли перетворити науку у нові технології -- в технології, які дійсно могли вплинути на людей. І причиною є наноматеріали -- вони як палиця з двома кінцями. Саме це робить їх такими цікавими -- їх маленький розмір і саме він унеможливлює роботу з ними. Це наче буквально намагатися зробити статую з купи пилу. Ми не маємо настільки маленьких інструментів, щоб працювати з ними. Навіть, якщо б ми їх мали, це б не дуже зарадило, оскільки ми не змогли б викласти мільйони частинок одна за одною, створюючи певну технологію. Виходячи з цього, з усіх очікувань та піднесення, залишились тільки очікування та піднесення. В нас немає нанороботів, які борються з хворобами, немає космічних ліфтів, і того, що мене цікавить перш за все, - нових видів комп'ютерів.
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.
І остання, дуже важлива річ. Ми тільки почали передбачати надзвичайний прогрес обчислювальної техніки. Ми будуємо економіку, основану на даній ідеї. І цей прогрес дійсно відбувається, оскільки ми розміщуємо все більше пристроїв на одному комп'ютерному чіпі. І ці пристрої стають все меншими, працюють швидше, споживають менше енергії, стають дешевшими. Разом це все надає нам немовірний темп.
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 --
Наприклад: якщо взяти комп'ютер розміром з кімнату, який відправив трьох людей на місяць, і якимось чином його стиснути, стиснути найкращий в світі тогочасний комп'ютер до розміру вашого смартфону - вашого теперішнього смартфону, який ви купили за 300 баксів і раз на два роки змінюєте на новий, він перевершив би ту штуку. Вона б вас не вразила. Вона не мала б жодної функції вашого смартфону. Вона була б повільною, ви би нічого не змогли завантажити, можливо, вам вдалося би продивитися пару хвилин "Ходячих мерців", якщо б пощастило...
(Laughter)
(Сміх)
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.
Характер прогресу - не поступовий. Прогресс невпинний. Він надшвидкий. Він примножується рік за роком, якщо порівняти технології, від одного покоління до наступного, вони майже невпізнавані. Ми взяли відповідальність підтримувати цей процес. Ми б хотіли сказати те ж саме через 10, 20, 30 років: подивіться, чого ми досягнули за 30 років. Ми знали, що прогрес не триватиме завжди. Фактично, вечірка вже згортається. Щось на кшталт, "замовлю я останню чарку", так? Якщо ви зазирнете за куліси, по багатьох показниках, швидкості та технічних даних, прогрес уповільнився, практично зупинився. Якщо ми хочемо продовження бенкету, ми маємо робити те, на що завжди були здатні, вносити новаторство.
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.
Роль та місія нашої групи - провадити зміни, застосовуючи вуглецеві нанотрубки, оскільки вони можуть прокласти шлях і підтримати темп. Вони схожі на звук. Це крихітні, порожні трубочки з атомів вуглецю, їх наномасштаб, дрібний розмір дає початок масштабним електронним проектам. Наука демонструє, - якщо ми застосуємо їх в обчислювальній техніці, ми дістанемо десятикратне удосконалення роботи. Наче перестрибнути декілька поколінь техніки лише одним кроком.
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.
У нас це є. У нас дійсно важлива проблема і ми маємо практично ідеальне рішення. Наука звертається до нас, "Ось, що потрібно робити для вирішення вашої проблеми". Так, ну добре, давайте почнемо, зробимо це. Але ж ми повертаємося знову до тієї палиці з двома кінцями. "Ідеальне рішення" включає в себе матеріал, з яким неможливо працювати. Я маю упорядкувати мільярди частинок для створення одного комп'ютерного чіпу. Це така ж загадка, як ця постійна проблема.
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.
І тут ми кажемо: "Давайте зупинимось. Не підемо звичним шляхом. Просто визначимо, чого бракує. Чого ми не робимо? Чого ми не робимо з того, що необхідно?" Як у фільмі "Хрещений батько", вірно? Коли Фредо зраджує свого брата Майкла, ми розуміємо, що відбуватиметься. Фредо має нас покинути.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Але Майкл не дає йому це зробити. Ну добре, я зрозумів. Їхня мати жива, це могло її засмутити. Ми щойно сказали: "Де тут Фредо у нашій проблемі?" Чому ми не вирішуємо питання? Чого ми не робимо, що маємо зробити задля досягнення успіху?" Відповідь така: статуя має сама себе збудувати. Ми повинні знайти спосіб, якимось чином підкорити, переконати мільярди цих часточок зібратися за певною технологією. Ми не можемо зробити це за них. Вони мають зробити це самостійно. Це складний і новий шлях, але, в даному випадку, він єдиний.
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.
Тепер, як виявляється, проблема не нова. Ми ж нічого не робимо в цьому напрямку. Люди не просуваються у вирішенні питання. Але, якщо ви озирнетесь навкруги, скрізь знайдете приклади -- Матінка Природа все створює за цією подобою. Все будується знизу вгору. Ви можете піти на пляж, і знайдете там прості організми, які використовують білок -- по суті, молекули -- як прототип піску, виловлюючи їх з моря, і створюючи цю надзвичайно різноманітну архітектуру. Природа набагато розумніша за нас. Вона витончена і розумна, будує з того, що в неї є, молекула за молекулою створюючи структури, складні та різноманітні, до яких нам ще дуже далеко. Вона вже вийшла на нанорівень. Вона була там ще мільйон років тому. Ми єдині, хто спізнився на вечірку.
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.
Отже, ми вирішили використовувати той же інструментарій, що і природа, і таку саму хімію. Хімія - бракуючий інструмент. І хімія працює в цьому випадку, оскільки нанооб'єкт розміром з молекулу, то ж ми можемо управляти цими об'єктами як інструментами. Саме це ми робимо у нашй лабораторії. Ми розробили хімічну речовину, що додається до наночастинок і виявляє потрібні нам. Хімія слугує нам для збирання буквально мільярдів частинок в структуру, яку нам потрібно вибудувати в схему. Оскільки це нам під силу, ми можемо побудувати схеми набагато швидше, ніж будь-хто до нас, завдяки використанню наноматеріалів. Хімія - бракуючий інструмент, він щоденно вдосконалюється та стає точнішим. І, нарешті, ми сподіваємося, що протягом декількох років ми виконаємо одну з даних обіцянок.
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.
Комп'ютери - тільки один з прикладів. Це те, що цікавить мене, над чим працює моя команда, але є й інші галузі - відновлювальна енергія, медицина, конструкційні матеріали, в яких наука визнає необхідність застосування нанотехнологій. Найбільші переваги тут. Якщо почати втілення цих ідей, в недалекому майбутньому вчені потребуватимуть інструментів, таких, про які я щойно говорив. Їм необхідна хімія. Ось в чому суть. Краса науки полягає у виявленні вченими нових інструментів, які знаходяться в ній. Вони є і були там завжди, і будь-хто, будь-де може взяти і працювати з ними, допомагаючи виконати обіцяне в галузі нанотехнологій.
Thank you so much for your time. I appreciate it.
Дуже дякую, та ціную, що присвятили час моєму виступу.
(Applause)
(Оплески)