So anyway, who am I? I usually say to people, when they say, "What do you do?" I say, "I do hardware," because it sort of conveniently encompasses everything I do. And I recently said that to a venture capitalist casually at some Valley event, to which he replied, "How quaint."
Quem sou eu? Normalmente, quando as pessoas me perguntam "O que faz?" eu digo "Fabrico 'hardware' " porque, mais ou menos, abrange tudo o que faço. Há pouco, disse isso informalmente a um investidor de risco num evento em Silicon Valley, e ele respondeu: "É pitoresco."
(Laughter)
(Risos)
And I sort of really was dumbstruck. And I really should have said something smart. And now I've had a little bit of time to think about it, I would have said, "Well, you know, if we look at the next 100 years and we've seen all these problems in the last few days, most of the big issues -- clean water, clean energy -- and they're interchangeable in some respects -- and cleaner, more functional materials -- they all look to me to be hardware problems. This doesn't mean we should ignore software, or information, or computation." And that's in fact probably what I'm going to try and tell you about.
E eu fiquei sem palavras. Devia ter dito qualquer coisa inteligente. E agora, que tive algum tempo para pensar nisso, devia ter dito: "Sabe, se olharmos para os próximos 100 anos "- já vimos todos estes problemas nos últimos dias - "a maior parte dos problemas - água potável e energia limpa, "que são intercambiáveis em certos aspetos, "e materiais mais limpos e funcionais, "todos me parecem problemas de equipamento. "Isto não quer dizer que ignoremos o "software" "ou a informação, ou a informática." É isto que vou tentar transmitir-vos.
So, this talk is going to be about how do we make things and what are the new ways that we're going to make things in the future. Now, TED sends you a lot of spam if you're a speaker about "do this, do that" and you fill out all these forms, and you don't actually know how they're going to describe you, and it flashed across my desk that they were going to introduce me as a futurist. And I've always been nervous about the term "futurist," because you seem doomed to failure because you can't really predict it. And I was laughing about this with the very smart colleagues I have, and said, "You know, well, if I have to talk about the future, what is it?" And George Homsey, a great guy, said, "Oh, the future is amazing. It is so much stranger than you think. We're going to reprogram the bacteria in your gut, and we're going to make your poo smell like peppermint."
Esta palestra será sobre como fazemos as coisas e quais são as novas formas de fazermos as coisas no futuro. Os oradores da TED recebem uma data de lixo informático dizendo "faça isto e aquilo", preenchem uns formulários, e não sabem como vão ser descritos. Eu recebi uma coisa que dizia que me iam apresentar como um "futurista". Eu fico nervoso com este termo "futurista". É a condenação ao fracasso já que é impossível prever o futuro. Eu estava a rir-me disto com alguns colegas muito inteligentes e disse: "Sabem? Se tenho que falar sobre o futuro, o que é o futuro?" E George Homsey, um tipo fantástico, disse: "Oh, o futuro é espantoso. "É muito mais estranho do que tu pensas. "Nós vamos reprogramar as bactérias das tuas tripas "e pôr o teu cocó a cheirar a hortelã."
(Laughter)
(Risos)
So, you may think that's sort of really crazy, but there are some pretty amazing things that are happening that make this possible. So, this isn't my work, but it's work of good friends of mine at MIT. This is called the registry of standard biological parts. This is headed by Drew Endy and Tom Knight and a few other very, very bright individuals. Basically, what they're doing is looking at biology as a programmable system. Literally, think of proteins as subroutines that you can string together to execute a program. Now, this is actually becoming such an interesting idea. This is a state diagram. That's an extremely simple computer.
Vocês devem pensar que isto é muito louco, mas estão a acontecer coisas incríveis que tornam isto possível. Este não é um trabalho meu, mas sim de bons amigos no MIT Isto chama-se o registo de partes biológicas padrão. É liderado por Drew Henry e Tom Knight e outros indivíduos brilhantes. Basicamente, eles encaram a biologia como um sistema programável. Literalmente, pensem nas proteínas como sub-rotinas que podem encadear para executar um programa. Isto está a tornar-se uma ideia muito interessante. Isto é um diagrama de estados.
This one is a two-bit counter. So that's essentially the computational equivalent of two light switches. And this is being built by a group of students at Zurich for a design competition in biology. And from the results of the same competition last year, a University of Texas team of students programmed bacteria so that they can detect light and switch on and off. So this is interesting in the sense that you can now do "if-then-for" statements in materials, in structure. This is a pretty interesting trend, because we used to live in a world where everyone's said glibly, "Form follows function," but I think I've sort of grown up in a world -- you listened to Neil Gershenfeld yesterday; I was in a lab associated with his -- where it's really a world where information defines form and function.
É um computador muito simples. É um contador de 2 bits. Na prática, é o equivalente informático a dois interruptores de luz. E isto está a ser construído por um grupo de estudantes em Zurique para uma competição de "design" em biologia. A partir dos resultados dessa competição, no ano passado, uma equipa de estudantes da Universidade do Texas programou bactérias para detetarem a luz e ligar-se e desligar-se. Isto é interessante na medida em que agora podemos fazer afirmações "se-então-para" em materiais, em estruturas. É uma tendência muito interessante porque vivíamos num mundo em que todos diziam facilmente: "A forma segue a função", mas eu penso que cresci num mundo - e vocês ouviram ontem Neil Gershenfeld e eu estive num laboratório associado ao dele - num mundo onde a informação define a forma e a função.
I spent six years thinking about that, but to show you the power of art over science -- this is actually one of the cartoons I write. These are called "HowToons." I work with a fabulous illustrator called Nick Dragotta. Took me six years at MIT, and about that many pages to describe what I was doing, and it took him one page. And so this is our muse Tucker. He's an interesting little kid -- and his sister, Celine -- and what he's doing here is observing the self-assembly of his Cheerios in his cereal bowl. And in fact you can program the self-assembly of things, so he starts chocolate-dipping edges, changing the hydrophobicity and the hydrophylicity. In theory, if you program those sufficiently, you should be able to do something pretty interesting and make a very complex structure. In this case, he's done self-replication of a complex 3D structure. And that's what I thought about for a long time, because this is how we currently make things. This is a silicon wafer, and essentially that's just a whole bunch of layers of two-dimensional stuff, sort of layered up. The feature side is -- you know, people will say, [unclear] down around about 65 nanometers now.
Passei seis anos a pensar nisso, mas, para mostrar-vos o poder da arte sobre a ciência, isto é uma das minhas bandas desenhadas, "Howtoons". Trabalho com um grande ilustrador chamado Nick Dragotta. Levei 6 anos no MIT e estas páginas todas a descrever o que estava a fazer, e a ele bastou-lhe uma página. Então, este é Tucker, a nossa musa - é um rapazinho interessante - - e a sua irmã, Celine. Ele aqui está a observar a disposição automática dos cereais numa tijela. Mas podemos programar a disposição automática de coisas. Tucker mergulha as bordas em chocolate, alterando a hidrofobicidade e a hidrofilicidade. Em teoria, se os programarmos suficientemente, podemos fazer coisas interessantes e produzir uma estrutura muito complexa. Neste caso, ele fez a autorreplicação de uma complexa estrutura em 3D. Foi nisto que pensei durante muito tempo, porque é assim que fazemos as coisas agora. Isto é uma pastilha de silício. Essencialmente, é um monte de camadas de coisas bidimensionais umas por cima das outras. O tamanho característico é de cerca de 65 nanómetros.
On the right, that's a radiolara. That's a unicellular organism ubiquitous in the oceans. And that has feature sizes down to about 20 nanometers, and it's a complex 3D structure. We could do a lot more with computers and things generally if we knew how to build things this way. The secret to biology is, it builds computation into the way it makes things. So this little thing here, polymerase, is essentially a supercomputer designed for replicating DNA. And the ribosome here is another little computer that helps in the translation of the proteins. I thought about this in the sense that it's great to build in biological materials, but can we do similar things? Can we get self-replicating-type behavior? Can we get complex 3D structure automatically assembling in inorganic systems? Because there are some advantages to inorganic systems, like higher speed semiconductors, etc.
À direita está um radiolário. É um organismo unicelular omnipresente nos oceanos, e tem tamanhos característicos de até 20 nanómetros, e é uma estrutura complexa em 3D. Nós poderíamos fazer muito mais com computadores e coisas em geral, se soubéssemos construir coisas desta forma. O segredo da biologia é que integra a informática na forma de fazer as coisas. Esta coisinha aqui, a polimerase, é essencialmente um supercomputador concebido para replicar o ADN. O ribossoma aqui é outro pequeno computador que ajuda na tradução de proteínas. Achei que isto era fantástico para construir materiais biológicos, Mas podemos fazer coisas semelhantes? Podemos obter um comportamento autorreplicativo? Podemos obter a montagem automática de estruturas 3D em sistemas inorgânicos? Porque há algumas vantagens nos sistemas inorgânicos, como semicondutores de maior velocidade, etc.
So, this is some of my work on how do you do an autonomously self-replicating system. And this is sort of Babbage's revenge. These are little mechanical computers. These are five-state state machines. So, that's about three light switches lined up. In a neutral state, they won't bind at all. Now, if I make a string of these, a bit string, they will be able to replicate. So we start with white, blue, blue, white. That encodes; that will now copy. From one comes two, and then from two comes three. And so you've got this sort of replicating system. It was work actually by Lionel Penrose, father of Roger Penrose, the tiles guy. He did a lot of this work in the '60s, and so a lot of this logic theory lay fallow as we went down the digital computer revolution, but it's now coming back.
Então, este é algum do meu trabalho sobre como fazer um sistema autorreplicativo autónomo. Isto é uma espécie de vingança de Babbage. Estes são pequenos computadores mecânicos. São máquinas de estados com cinco estados. São três interruptores de luz alinhados. No estado neutro, nunca se ligam. Mas, se fizermos uma cadeia com eles, uma cadeia de bits, eles conseguirão replicar-se. Começamos com branco, azul, azul, branco. Este é o código que agora vai copiar-se. De um passa para dois. E depois de dois passa para três. Temos, assim, esta espécie de sistema replicativo. Este trabalho é de Lionel Penrose, pai de Roger Penrose, o tipo dos mosaicos. Foi feito, em grande parte nos anos 60, e muita desta teoria lógica foi esquecida quando prosseguimos com a revolução informática digital, mas está a voltar.
So now I'm going to show you the hands-free, autonomous self-replication. So we've tracked in the video the input string, which was green, green, yellow, yellow, green. We set them off on this air hockey table. You know, high science uses air hockey tables --
Vou mostrar-vos a autorreplicação autónoma, sem interferências. Nós detetámos no vídeo a cadeia inicial, que era verde, verde, amarelo, amarelo, verde. Colocámo-los nesta mesa de hóquei de ar. - a ciência avançada utiliza mesas de hóquei de ar.
(Laughter)
Se olharmos muito tempo para isto ficamos tontos,
-- and if you watch this thing long enough you get dizzy, but what you're actually seeing is copies of that original string emerging from the parts bin that you have here. So we've got autonomous replication of bit strings. So, why would you want to replicate bit strings? Well, it turns out biology has this other very interesting meme, that you can take a linear string, which is a convenient thing to copy, and you can fold that into an arbitrarily complex 3D structure. So I was trying to, you know, take the engineer's version: Can we build a mechanical system in inorganic materials that will do the same thing?
mas estamos a ver cópias da cadeia inicial emergindo do contentor de peças que temos aqui. E assim temos autorreplicação autónoma de cadeias de bits. Porque havemos de querer replicar cadeias de bits? Bom, porque a biologia tem este meme muito interessante, em que apanhamos uma cadeia linear, algo conveniente para copiar, e podemos dobrá-la arbitrariamente numa estrutura 3D complexa. Então, eu tentei seguir a versão do engenheiro: "Poderemos construir sistemas mecânicos em materiais inorgânicos que façam o mesmo?"
So what I'm showing you here is that we can make a 2D shape -- the B -- assemble from a string of components that follow extremely simple rules. And the whole point of going with the extremely simple rules here, and the incredibly simple state machines in the previous design, was that you don't need digital logic to do computation. And that way you can scale things much smaller than microchips. So you can literally use these as the tiny components in the assembly process.
Mostro aqui que podemos fazer com que uma forma em 2D - o B - se monte a partir de uma cadeia de componentes que seguem regras extremamente simples. A razão para usar regras extremamente simples aqui, e as máquinas de estados muito simples no "design" anterior, é que não precisamos de lógica digital para fazer computação. Dessa forma podemos dimensionar coisas muito menores que microchips. Podemos usá-los como os minúsculos componentes no processo de montagem.
So, Neil Gershenfeld showed you this video on Wednesday, I believe, but I'll show you again. This is literally the colored sequence of those tiles. Each different color has a different magnetic polarity, and the sequence is uniquely specifying the structure that is coming out. Now, hopefully, those of you who know anything about graph theory can look at that, and that will satisfy you that that can also do arbitrary 3D structure, and in fact, you know, I can now take a dog, carve it up and then reassemble it so it's a linear string that will fold from a sequence. And now I can actually define that three-dimensional object as a sequence of bits. So, you know, it's a pretty interesting world when you start looking at the world a little bit differently. And the universe is now a compiler. And so I'm thinking about, you know, what are the programs for programming the physical universe? And how do we think about materials and structure, sort of as an information and computation problem? Not just where you attach a micro-controller to the end point, but that the structure and the mechanisms are the logic, are the computers.
Penso que Neil Gershenfeld vos mostrou este vídeo na quarta-feira. mas vou mostrá-lo novamente. Esta é exatamente a mesma sequência daqueles mosaicos. Cada cor tem uma polaridade magnética diferente, e a sequência especifica de forma única a estrutura que está a sair. Quem souber qualquer coisa sobre teoria dos grafos pode olhar e ficar satisfeito porque também pode fazer estruturas arbitrárias em 3D. Na verdade, até posso apanhar um cão, esculpi-lo e remontá-lo em uma cadeia linear que se dobrará a partir de uma sequência. Depois, posso definir aquele objeto tridimensional como uma sequência de bits. É um mundo muito interessante quando começamos a olhar o mundo de outra forma. O universo é agora um compilador. Ponho-me a pensar: quais os programas para programar o universo físico? E como pensar em materiais e estruturas como problemas de informática e informação? Não apenas onde ligamos um microcontrolador à extremidade, mas a estrutura e os mecanismos são a lógica, são os computadores.
Having totally absorbed this philosophy, I started looking at a lot of problems a little differently. With the universe as a computer, you can look at this droplet of water as having performed the computations. You set a couple of boundary conditions, like gravity, the surface tension, density, etc., and then you press "execute," and magically, the universe produces you a perfect ball lens. So, this actually applied to the problem of -- so there's a half a billion to a billion people in the world don't have access to cheap eyeglasses. So can you make a machine that could make any prescription lens very quickly on site? This is a machine where you literally define a boundary condition. If it's circular, you make a spherical lens. If it's elliptical, you can make an astigmatic lens. You then put a membrane on that and you apply pressure -- so that's part of the extra program. And literally with only those two inputs -- so, the shape of your boundary condition and the pressure -- you can define an infinite number of lenses that cover the range of human refractive error, from minus 12 to plus eight diopters, up to four diopters of cylinder. And then literally, you now pour on a monomer. You know, I'll do a Julia Childs here. This is three minutes of UV light. And you reverse the pressure on your membrane once you've cooked it. Pop it out. I've seen this video, but I still don't know if it's going to end right.
Bom, depois de absorver completamente esta filosofia, comecei a ver muitos problemas de forma diferente. Com o universo como computador, podemos assumir que esta gota de água executou os cálculos. Definindo algumas condições limite, como a gravidade, a tensão superficial, a densidade, etc. e pressionando "executar", o universo produz-vos uma lente esférica perfeita, como por magia. Isto aplica-se a um problema. Há 500 a 1000 milhões de pessoas no mundo que não têm acesso a óculos baratos. Será que podemos fazer uma máquina que faça qualquer graduação de lente rapidamente e no local? Isto é uma máquina em que definimos uma condição limite. Se for circular, faz uma lente esférica. Se for elíptica, faz uma lente de astigmatismo. Pomos uma membrana em cima e aplicamos pressão - isto faz parte do programa extra. E apenas com esses dois "inputs" - a forma da condição limite e a pressão - podemos definir um número infinito de lentes que cobrem a gama do erro de refração humano de -12 a +8 dioptrias, a até 4 dioptrias de cilindro. Depois, verte-se um monómero. Agora vou imitar a Julia Child. São três minutos de luz UV. Invertemos a pressão na membrana depois de cozê-la. Tiramo-la para fora. Já vi este vídeo, mas ainda não sei se vai terminar bem.
(Laughter)
(Risos).
So you reverse this. This is a very old movie, so with the new prototypes, actually both surfaces are flexible, but this will show you the point. Now you've finished the lens, you literally pop it out. That's next year's Yves Klein, you know, eyeglasses shape. And you can see that that has a mild prescription of about minus two diopters. And as I rotate it against this side shot, you'll see that that has cylinder, and that was programmed in -- literally into the physics of the system. So, this sort of thinking about structure as computation and structure as information leads to other things, like this.
Invertemos isto. Este é um filme muito antigo. Com os novos protótipos, ambas as superfícies são flexíveis. Mas isto mostra o que quero dizer. Agora que terminámos a lente, ela salta fora, literalmente. Este é o modelo de óculos Yves Klein para o próximo ano. Vemos que tem uma prescrição baixa de cerca de -2 dioptrias. Quando rodamos contra este diagrama vemos que tem cilindro e isto foi programado, literalmente, na física do sistema. Esta forma de pensar na estrutura enquanto um cálculo e na estrutura enquanto informações, conduz a outras coisas, como isto.
This is something that my people at SQUID Labs are working on at the moment, called "electronic rope." So literally, you think about a rope. It has very complex structure in the weave. And under no load, it's one structure. Under a different load, it's a different structure. And you can actually exploit that by putting in a very small number of conducting fibers to actually make it a sensor. So this is now a rope that knows the load on the rope at any particular point in the rope. Just by thinking about the physics of the world, materials as the computer, you can start to do things like this.
Isto é uma coisa em que o meu pessoal no SQUID Labs está agora a trabalhar. Chama-se "Corda Eletrónica". É literalmente uma corda. Tem uma trança de estrutura muito complexa. Sem carga, tem um tipo de estrutura. Sob tensão, tem outra estrutura. E podemos tirar partido disso colocando um pequeno número de fibras condutoras para torná-la num sensor. Passa a ser uma corda que reconhece a carga na corda em qualquer ponto da corda. Só por pensar na física do mundo, materiais como o computador, podemos começar a fazer coisas deste tipo.
I'm going to segue a little here. I guess I'm just going to casually tell you the types of things that I think about with this. One thing I'm really interested about this right now is, how, if you're really taking this view of the universe as a computer, how do we make things in a very general sense, and how might we share the way we make things in a general sense the same way you share open source hardware? And a lot of talks here have espoused the benefits of having lots of people look at problems, share the information and work on those things together. So, a convenient thing about being a human is you move in linear time, and unless Lisa Randall changes that, we'll continue to move in linear time. So that means anything you do, or anything you make, you produce a sequence of steps -- and I think Lego in the '70s nailed this, and they did it most elegantly. But they can show you how to build things in sequence. So, I'm thinking about, how can we generalize the way we make all sorts of things, so you end up with this sort of guy, right? And I think this applies across a very broad -- sort of, a lot of concepts.
Agora, vou divagar um pouco. Vou falar-vos do tipo de coisas que penso sobre isto. Uma das coisas que me interessa, se estivermos a olhar para o universo como um computador, é esta: Como fazer coisas, de uma maneira geral, e como poder partilhar a forma como fazemos coisas de uma maneira geral da mesma forma que partilhamos um "hardware" de código aberto? Várias palestras reconheceram os benefícios de haver muita gente a olhar para os problemas, a partilhar informações e a trabalhar em conjunto nestas coisas. A vantagem do ser humano é mover-se em tempo linear, e, se Lisa Randall não alterar isso, continuaremos a mover-nos em tempo linear Isto significa que tudo o que fazemos acontece numa sequência de passos e acho que os Legos nos anos 70 acertaram em cheio e fizeram-no de forma muito elegante. Mostram-nos como construir coisas sequencialmente. Ando a pensar como poderemos generalizar a forma de fazer todo o tipo de coisas para acabarmos com um tipo como este, certo? Acho que isto se aplica a uma ampla gama de conceitos.
You know, Cameron Sinclair yesterday said, "How do I get everyone to collaborate on design globally to do housing for humanity?" And if you've seen Amy Smith, she talks about how you get students at MIT to work with communities in Haiti. And I think we have to sort of redefine and rethink how we define structure and materials and assembly things, so that we can really share the information on how you do those things in a more profound way and build on each other's source code for structure. I don't know exactly how to do this yet, but, you know, it's something being actively thought about.
Cameron Sinclair disse ontem: "Como fazer para que todos colaborem num projeto global "para abrigar a humanidade"? E se viram Amy Smith, ela fala sobre como pôr os estudantes do MIT a trabalhar com as comunidades do Haiti. Penso que devemos redefinir e repensar como definimos estrutura e materiais e montar coisas, para podermos partilhar informações sobre como fazer essas coisas de forma mais profunda e construir nos códigos-fonte uns dos outros para a estrutura. Ainda não sei bem como o fazer, mas é uma coisa em que penso ativamente.
So, you know, that leads to questions like, is this a compiler? Is this a sub-routine? Interesting things like that. Maybe I'm getting a little too abstract, but you know, this is the sort of -- returning to our comic characters -- this is sort of the universe, or a different universe view, that I think is going to be very prevalent in the future -- from biotech to materials assembly. It was great to hear Bill Joy. They're starting to invest in materials science, but these are the new things in materials science. How do we put real information and real structure into new ideas, and see the world in a different way? And it's not going to be binary code that defines the computers of the universe -- it's sort of an analog computer. But it's definitely an interesting new worldview.
Isto leva-nos a questões como: "Isto é um compilador? Isto é uma sub-rotina?" Coisas interessantes desse tipo. Talvez eu esteja a ser muito abstrato, mas - voltando aos nossos personagens de BD - isto é como o universo, ou um ponto de vista diferente do universo, que acho virá a ser preponderante no futuro - da biotecnologia à montagem. Foi ótimo ouvir Bill Joy. Eles começam a investir na ciência dos materiais, mas são coisas novas na ciência dos materiais. Como colocar informação real e estrutura real em novas ideias? Ver o mundo de forma diferente? Não será o código binário a definir os computadores do universo, é um tipo de computador analógico. Mas é, definitivamente, uma nova e interessante visão do mundo.
I've gone too far. So that sounds like it's it. I've probably got a couple of minutes of questions, or I can show -- I think they also said that I do extreme stuff in the introduction, so I may have to explain that. So maybe I'll do that with this short video.
Já avancei demais. Parece que é tudo. Talvez tenha uns minutos para perguntas. Parece-me que disseram que eu também faço coisas extremas na introdução, portanto tenho que explicar. Posso fazê-lo com este pequeno vídeo.
So this is actually a 3,000-square-foot kite, which also happens to be a minimal energy surface. So returning to the droplet, again, thinking about the universe in a new way. This is a kite designed by a guy called Dave Kulp. And why do you want a 3,000-square-foot kite? So that's a kite the size of your house. And so you want that to tow boats very fast. So I've been working on this a little, also, with a couple of other guys. But, you know, this is another way to look at the -- if you abstract again, this is a structure that is defined by the physics of the universe. You could just hang it as a bed sheet, but again, the computation of all the physics gives you the aerodynamic shape. And so you can actually sort of almost double your boat speed with systems like that. So that's sort of another interesting aspect of the future.
Isto é um papagaio de 280 m2, que também tem uma superfície com energia mínima. Voltando novamente à gota de água, pensando no universo de nova forma. Este papagaio foi desenhado por Dave Kulp. Porque queremos um papagaio de 280 m2? É um papagaio do tamanho duma casa. Serve para rebocar embarcações muito rapidamente. Também tenho trabalhado nisto com alguns outros tipos. É uma nova maneira de olhar - se nos abstrairmos novamente - esta é uma estrutura que é definida pela física do universo. Podíamos pendurá-la como um lençol, mas o cálculo de toda a física dá-nos a forma aerodinâmica. Por isso, podemos quase duplicar a velocidade do barco com sistemas deste tipo. Este é outro aspeto interessante do futuro.
(Applause)
(Aplausos)