Saul Griffith spricht über alltägliche Erfindungen

Also wie auch immer, wer bin ich? Wenn sie „Was machst du so?“ fragen, dann sage ich den Leuten normalerweise, ich sage, „Ich mache Hardware“, weil es ziemlich passend all das umfasst, was ich mache. Und ich habe das neulich einem Risikokapitalgeber nebenbei erzählt bei einem Valley-Event und seine Antwort war: „Wie altmodisch.“

(Gelächter)

Und da war ich ziemlich sprachlos. Und da hätte ich wirklich etwas Cleveres sagen sollen. Und jetzt, da ich ein wenig Zeit hatte, um darüber nachzudenken, hätte ich gesagt: „Nun, weißt du, wenn wir uns die nächsten 100 Jahre ansehen und wir haben all diese Probleme in den letzten Tagen gesehen, die Mehrzahl der großen Probleme – sauberes Wasser, saubere Energie – und in gewisser Weise sind diese unter einander austauschbar – und saubere, funktionalere Materialien – dann sehen diese für mich alle nach Hardware-Problemen aus. Das heißt nicht, dass wir die Software ignorieren sollten, oder Informationen, oder Berechnungen. Und da ist in der Tat wahrscheinlich das, worüber ich Ihnen heute etwas erzählen will.

In diesem Talk wird es also darum gehen, wie wir Dinge herstellen und welche die neuen Möglichkeiten sein werden, wie wir dies in der Zukunft tun werden. Als Vortragender erhält man von TED ziemlich viel Spam zum Thema „tu dies, tu das“ und man füllt all diese Formulare aus und man weiß eigentlich nicht, wie sie einen beschreiben werden, und mir kam blitzartig, dass sie mich als Futuristen ankündigen würden. Und ich werde immer ein wenig nervös bei dem Begriff Futurist, denn man scheint zum Scheitern verurteilt zu sein, weil man nicht wirklich vorhersagen kann. Und ich habe mich darüber mit meinen äußerst schlauen Kollegen lustig gemacht und sagte: „Nun, wenn ich über die Zukunft sprechen muss, was ist sie denn?“ Und George Homsey, ein toller Typ, sagte: „Oh, die Zukunft ist erstaunlich. Sie ist so viel seltsamer als man denkt. Wir werden die Bakterien in deinem Darm umprogrammieren, und wir werden dafür sorgen, dass deine Exkremente nach Pfefferminz riechen.“

(Gelächter)

Also, jetzt denken Sie vielleicht, dass das ziemlich verrückt ist, aber zurzeit passieren ein paar ziemlich faszinierende Dinge, die das möglich machen. Dies ist nicht meine Arbeit, sondern die einiger guter Freunde am MIT. Man nennt das die Registrierung standardisierter biologischer Teile. Das wird von Drew Endy und Tom Knight geleitet und von ein paar anderen, sehr klugen Köpfen. Sie betrachten Biologie als ein programmierbares System. Denken Sie buchstäblich an Proteine als Subroutinen, die man gemeinsam aufreihen kann, um ein Programm auszuführen. Nun, das wird tatsächlich zu einer sehr interessanten Idee. Das ist ein Zustandsdiagramm. Es ist ein sehr einfach angelegter Computer.

Das ist ein Zwei-Bit-Zähler. Im Grunde genommen ist es das numerische Gegenstück zu zwei Lichtschaltern. Es wird gerade von einer Gruppe Studenten in Zürich gebaut, für einen Designwettbewerb in Biologie. Mit den Ergebnissen desselben Wettbewerbs im letzten Jahr konnte ein Studententeam der University of Texas Bakterien programmieren, so dass sie Licht aufspüren und es an- und ausschalten können. Das ist dahingehend interessant, dass man nun „wenn-dann-für“-Statements in Materialien, in Struktur erstellen kann. Das ist ein ziemlich interessanter Trend. Da wir in einer Welt lebten, in der jedermann so schlagfertig sagte, dass Form Funktion folgt, aber ich denke, dass ich eher in einer Welt aufgewachsen bin – Sie haben Neil Gershenfeld gestern gehört, ich war in einem Labor, das mit seinem zusammen gehörte – die tatsächlich eine Welt ist, in der Informationen Form und Funktion definieren.

Ich habe sechs Jahre damit verbracht, darüber nachzudenken, aber um Ihnen die Macht von Kunst über Wissenschaft zu zeigen – das ist in der Tat einer meiner Cartoons. Sie nennen sich Howtoons. Ich arbeite mit einem fantastischen Illustrator namens Nick Dragotta zusammen. Es hat mich sechs Jahre am MIT gekostet und ungefähr so viele Seiten, um zu beschreiben, was ich tat und er brauchte eine Seite dafür. Das ist unsere Muse Tucker. Er ist ein interessanter kleiner Kerl – und seine Schwester Celine – und was er hier macht, ist die Beobachtung der Selbstorganisation seiner Cheerios in der Müslischale. Und tatsächlich kann man die Selbstorganisation von Dingen programmieren, also beginnt er damit, die Ränder in Schokolade zu tauchen, wodurch er Hydrophobie und Hydrophilie ändert. Theoretisch gesehen, wenn man diese ausreichend programmiert, dann sollte man etwas ziemlich Interessantes sehen können und eine sehr komplexe Struktur erstellen können. In diesem Fall hat er die Selbst-Vervielfältigung einer komplexen 3D-Struktur erstellt. Und darüber habe ich eine lange Zeit nachgedacht, denn so stellen wir momentan Dinge hin. Das ist ein Silikon-Wafer und im Grunde genommen ist das nur eine gewisse Menge von zweidimensionalem Zeug, aufeinander geschichtet. Die Kenngröße ist – Sie wissen schon, die Leute werden sagen, [unklar] jetzt reduziert zu ungefähr 65 Nanometer.

Das auf der rechten Seite ist ein Strahlentierchen. Das ist ein einzelliger Organismus, der in den Ozeanen allgegenwärtig ist. Und es hat eine Kenngröße bis hinunter zu ungefähr 20 Nanometern und es ist eine komplexe 3D-Struktur. Wir könnten allgemein viel mehr mit Computern und solchen Dingen machen, wenn wir wüssten, wie wir Dinge auf diese Art herstellen könnten. Das Geheimnis der Biologie ist, dass sie Berechnungen anstellt in der Weise, wie sie Objekte erschafft. Dieses kleine Ding hier, die Polymerase, ist also ein Supercomputer, erschaffen dafür, um DNA zu replizieren. Und dieses Ribosom hier ist ein weiterer kleiner Computer, der bei der Übersetzung der Proteine hilft. Ich habe darüber nachgedacht in dem Sinne, dass es toll ist, mit biologischen Materialien zu bauen, aber können wir ähnliche Dinge tun? Können wir eine Art von Selbst-Replizierungs-Verhalten erreichen? Können wir komplexe 3D-Strukturen haben, die sich automatisch zusammenfügen in anorganischen Systemen? Weil anorganische Systeme einige Vorzüge haben, wie zum Beispiel Halbleiter mit höherer Geschwindigkeit und so weiter.

Das ist also ein Teil meiner Arbeit dazu, wie man ein autonomes, selbst-replizierendes System erstellt. Und das hier ist in gewisser Weise Babbages Rache. Das hier sind kleine mechanische Computer. Es sind Zustandsmaschinen mit fünf Zuständen. Das sind also drei Lichtschalter in einer Reihe. In einem neutralen Zustand werden sie sich überhaupt nicht verknüpfen. Wenn ich jetzt eine Reihung davon erstelle, eine Bitfolge, dann werden sie sich replizieren können. Wir beginnen also mit weiß, blau, blau, weiß. Das kodiert; das wird nun kopiert. Aus eins wird zwei, und dann aus zwei wird drei. Und so erhalten wir diese Art von Replizierungssystem. Das war übrigens das Werk von Lionel Penrose, Vater von Roger Penrose, der Typ mit den Kacheln. Er führte einen großen Teil dieser Arbeit in den 60ern durch und deshalb lag ein Großteil dieser Logiktheorie brach, als die digitale Computer-Revolution nahte, aber jetzt kehrt es zurück.

Nun werde ich Ihnen also die freihändische, autonome Selbst-Replizierung zeigen. Wir haben in diesem Video die Eingabefolge aufgezeichnet, die grün, grün, gelb, gelb, grün lautete. Wir haben sie auf diesem Air Hockey-Tisch eingeleitet. Wissen Sie, die gehobene Wissenschaft verwendet Air Hockey-Tische –

(Gelächter)

– und wenn Sie diesem Ding lange genug zusehen, dann wird Ihnen schwindlig, aber was man tatsächlich sieht, sind Kopien diese ursprüngliche Reihung, die aus diesem Behälter mit Teilen kommen, den man hier sieht. Wir haben also die autonome Selbst-Replizierung von Bitfolgen. Warum würde man aber Bitfolgen replizieren wollen? Nun, es stellt sich heraus, dass die Biologie dieses sehr interessante andere Mem besitzt, dass man eine lineare Reihung nehmen kann, die ein geeignetes Teil für den Kopiervorgang ist und man kann das zu einer beliebig komplexen 3D-Struktur falten. Also habe ich versucht, die Version des Ingenieurs zu nehmen: Können wir ein mechanisches System aus anorganischen Materialien bauen, welches dasselbe tun wird?

Was ich Ihnen hier nun zeige, ist dass wir eine 2D-Form erstellen können – das B – aneinandergefügt aus einer Reihung von Komponenten, die extrem einfachen Regeln folgen. Und der Grund, warum wir hier mit extrem einfachen Regeln arbeiten und auch die unglaublich simplen Zustandsmaschinen aus dem vorherigen Design, ist dass man keine digitale Logik für die Berechnungen braucht. Und so kann man Dinge skalieren, die viel kleiner als Mikrochips sind. Man dann diese wortwörtlich als die winzigen Komponenten des Verbindungsprozesses verwenden.

Ich glaube, dass Neil Gershenfeld Ihnen dieses Video am Mittwoch gezeigt hat, aber ich werde es Ihnen noch einmal zeigen. Das ist sozusagen die farbige Sequenz dieser Kacheln. Jede unterschiedliche Farbe hat eine andere magnetische Polarität und die Sequenz bestimmt auf einzigartige Weise die Struktur, die dabei herauskommt. Nun, hoffentlich können diejenigen unter Ihnen, die nichts über Graphentheorie wissen, sich das hier ansehen und damit zufrieden sein, dass es auch arbiträre 3D-Strukturen erstellen kann und tatsächlich kann ich nun einen Hund nehmen, ihn zerstückeln und dann neu zusammenstellen, so dass er eine lineare Reihung ist, die sich aus einer Sequenz herausfaltet. Nun kann ich tatsächlich dieses dreidimensionale Objekt als eine Abfolge von Bits definieren. Wissen Sie, es ist eine ziemlich interessante Welt, wenn man damit anfängt, die Welt ein wenig anders zu sehen. Und das Universum ist nun ein Kompilierer. Also denke ich darüber nach, welches sind die Programme, um das physikalische Universum zu programmieren? Und wie denken wir über Materialien und Struktur als eine Art Informations- und Berechnungsproblem? Nicht nur dort, wo man einen Mikrokontroller am Endpunkt ansetzt, sondern dass die Struktur und die Mechanismen logisch sind, dass sie die Computer sind.

Nachdem ich mir diese Philosophie vollständig erschlossen hatte, begann ich, viele Probleme ein wenig anders zu betrachten. Mit dem Universum als Computer kann man dieses Wassertröpfchen so betrachten, dass es die Berechnungen ausgeführt hat. Man bestimmt ein paar Randbedingungen wie Schwerkraft, die Oberflächenspannung, Dichte und so weiter und dann drückt man ausführen und auf magische Weise produziert einem das Universum eine perfekte Kugellinse. Das bezieht sich übrigens auf das Problem von – es gibt eine halbe bis eine Milliarde Menschen auf der Welt, die keinen Zugang zu billigen Augengläsern haben. Kann man also eine Maschine erstellen, die jede Art von verschreibungspflichtiger Linse sehr schnell vor Ort erschaffen könnte? Das ist eine Maschine, für die man eine Randbedingung definiert. Wenn es rund ist, dann macht man eine sphärische Linse. Wenn es elliptisch ist, dann macht man eine astigmatische Linse. Man setzt dann eine Membran darauf und übt Druck auf – das ist dann Teil des separaten Programmes. Und mit tatsächlich nur diesen zwei Eingaben – also die Form der Randbedingung und der Druck – kann man eine unbegrenzte Anzahl an Linsen definieren, welche die Anzahl der menschlichen Brechungsfehler abdecken von minus 12 bis plus acht Dioptrien, bis zu vier Dioptrien des Zylinders. Und dann gießt man ein Monomer hinzu. Wissen Sie, ich werde hier einen auf Julia Childs machen. Das sind drei Minuten UV-Licht. Und man invertiert den Druck auf die Membran, sobald man sie gekocht hat. Man drückt sie heraus. Ich habe dieses Video gesehen, aber ich weiß immer noch nicht, ob es gut ausgehen wird.

(Gelächter)

Also man invertiert es. Das ist ein sehr alter Film, also mit den neuen Prototypen sind tatsächlich beide Oberflächen flexibel, aber das wird Ihnen das Prinzip zeigen. Wenn man die Linse jetzt fertiggestellt hat, dann drückt man sie buchstäblich heraus. Das ist Yves Klein nächstes Jahr, Augengläser-Formen. Man sieht, dass sie eine sanfte Korrektion von ungefähr minus zwei Dioptrien hat. Wenn ich sie gegen diese Seitenaufnahme drehe, sieht man, dass sie einen Zylinder hat und dieser hineinprogrammiert wurde – sprichwörtlich in die Physik dieses Systems. Diese Art, über Strukturen als Berechnungen zu denken und Struktur als Information, führt uns zu anderen Dingen, wie das hier.

Das ist etwas, an dem meine Leute bei SQUID Labs momentan arbeiten, es wird das elektronische Seil genannt. Denken Sie also an ein Seil. Es hat eine sehr komplexe Struktur in seiner Gewebebindung. Und wenn es nicht unter Last ist, dann ist es eine Struktur. Unter einer anderen Last ist es eine andere Struktur. Man kann das tatsächlich ausnutzen, indem man eine sehr kleine Anzahl an leitfähigen Fasern einfügt, um aus ihm einen Sensor zu machen. Das ist also nun ein Seil, welches die Last auf dem Seil kennt, an jedem beliebigen Punkt innerhalb des Seils. Indem man einfach an die physikalischen Gegebenheiten der Welt denkt, so wie Materialien als Computer, kann man damit beginnen, solche Dinge herzustellen.

Ich mache hier eine kleine Überleitung. Ich denke, dass ich ihnen einfach von den Dingen erzählen werde, über die ich damit nachdenke. Eine Sache, an der ich momentan wirklich interessiert bin, ist wie, wenn man tatsächlich diese Sichtweise des Universums als Computer einnimmt, wie stellen wir Dinge im ganz allgemeinen Sinne her und wie könnten wir die Weise, wie wir dies tun, mit anderen teilen, auf dieselbe Weise, wie man Open Source-Hardware teilt? Und viele Talks hier haben die Vorzüge unterstützt, wenn man viele Menschen hat, die sich Probleme ansehen, Informationen miteinander teilen und an diesen Dingen gemeinsam arbeiten. Eine praktische Sache am Menschsein ist, dass man sich in einem linearen Zeitgefüge bewegt und solange Lisa Randall das nicht ändert, werden wir uns weiterhin in einem linearen Zeitgefüge bewegen. Das heißt, dass man in allem was man tut, oder in allem was man macht, eine Sequenz an Schritten produziert – und ich denke, dass Lego das in den 70ern auf den Punkt gebracht hat und das auf eine sehr elegante Weise. Aber sie können einem zeigen, wie man Dinge in einer Abfolge baut. Ich denke also darüber nach, wie wir die Art und Weise, auf die wir alle möglichen Dinge machen, verallgemeinern können, so dass man am Ende bei dieser Art von Typ ankommt, richtig? Ich denke, das trifft recht allgemein zu – auf eine Menge Konzepte.

Wissen Sie, Cameron Sinclair sagte gestern: „Wie kriege ich alle dazu, in Designfragen zusammenzuarbeiten, weltweit, um Behausungen für die Menschheit zu erschaffen?“ Und wenn Sie Amy Smith gesehen haben, sie spricht darüber, wie man Studenten am MIT dazu bekommt, mit Gemeinden in Haiti zusammenzuarbeiten. Ich denke, dass wir neu definieren und überdenken müssen, wie wir Struktur und Materialien definieren und die Dinge anordnen, so dass wir die Informationen wirklich teilen können, wie man diese Dinge auf eine tiefgreifendere Weise erreichen könnte und auf dem Quellcode eines jeden für die Struktur aufbauen könnte. Ich weiß noch nicht genau, wie das zu bewerkstelligen ist, aber wissen Sie, es ist etwas, über das aktiv nachgedacht wird.

Das führt also zu Fragen wie: ist das ein Kompilierer? Ist das eine Subroutine? Interessante Dinge wie diese. Vielleicht werde ich ein wenig zu abstrakt, aber wissen Sie, das ist die Art von – wenn wir zu unseren Comic-Charakteren zurückkehren – das ist die Art von Universum, oder ein anderer Blick auf das Universum, von dem ich denke, dass er sehr gängig sein wird in der Zukunft – von Biotech zu Materialansammlung. Es war toll, Bill Joy zu hören. Sie beginnen damit in Materialwissenschaften zu investieren, aber das sind die neuen Aspekte der Materialwissenschaften. Wie wandeln wir reale Informationen und reale Strukturen in neue Ideen um und sehen die Welt auf eine andere Weise? Und es wird nicht der Binärcode sein, der die Computer des Universums definiert – es ist eine Art von analogem Computer. Aber das ist definitiv eine interessante neue Weltanschauung.

Ich bin zu weit gegangen. Es hört sich so an, als wäre es das jetzt. Ich habe wahrscheinlich noch ein paar Minuten für Fragen, oder ich kann zeigen – ich glaube, es wurde vorab gesagt, dass ich extremes Zeug mache, daher muss ich das wohl erklären. Ich werde das mit diesem kurzen Video machen.

Das ist also ein 3.000-Quadratfuß-Drachen, der auch zufällig eine Oberfläche mit minimalem Energieverbrauch ist. Um noch einmal auf das Tröpfchen zurückzukommen, über das Universum auf eine neu Art und Weise nachzudenken. Das ist ein Drachen, der von einem Typ namens Dave Kulp entwickelt wurde. Und wofür braucht man einen 3.000-Quadratfuß-Drachen? Das ist ein Drachen in der Größe Ihres Hauses. Er soll Boote sehr schnell abschleppen. Ich habe daran auch ein wenig gearbeitet, mit ein paar anderen Typen. Das ist eine andere Weise, einen Blick zu werfen auf – wenn man wieder abstrahiert, dann ist das eine Struktur, die von der Physik des Universums definiert wird. Man könnte ihn einfach als Bettlaken aufhängen, aber noch einmal, mit der Berechnung all der Physik erhält man diese aerodynamische Form. Und so kann man tatsächlich die Geschwindigkeit seines Bootes fast verdoppeln, mit solchen System. Das ist also ein anderer interessanter Aspekt der Zukunft.

(Applaus)