Ману Пракаш: «У каждого школьника будет микроскоп в кармане»

1 февраля открылся предзаказ на уникальный бумажный микроскоп, который умещается в кармане и стоит меньше доллара. Его название – Foldscope, а придумала его команда из Стэнфорда под руководством выходца из Индии Ману Пракаша. «Футурист» рассказывает, почему Пракаш гений и как ему удается совмещать строгость ученого, смекалку дизайнера и активную общественную позицию.

Билл Гейтс, Марк Цукерберг и другие IT-миллиардеры тратят огромные суммы на помощь странам третьего мира, но разрыв между богатыми и бедными увеличивается. Недавно эксперты организации «Оксфам» подсчитали, что восемь богатейших бизнесменов мира владеют состоянием, равным доходу половины жителей земли. Четверо из этой восьмерки работают в сфере инноваций: помимо Гейтса и Цукерберга это Джефф Безос из Amazon и Ларри Эллисон из Oracle.

В отличие от глав IT-корпораций, у Ману Пракаша нет миллиардов, которые он мог бы потратить на благотворительность, но есть кое-что получше: идеи, как сделать трату этих миллиардов излишней.

Задумка Foldscope родилась, когда Пракаш и его аспирант в Стэнфорде Джим Цыбульски путешествовали по лабораториям в развивающихся странах и раз за разом сталкивались с одной и той же картиной: дорогие микроскопы стояли без дела, потому что их боялись поломать либо уже поломали. Особенно плохо дело обстоит в Африке, где недостаток микроскопов часто мешает проводить качественные медицинские анализы. Тогда Пракаш задался целью сделать микроскоп таким же доступным, как карандаш. В результате в 2014 году он предложил конструкцию Foldscope, где самые дорогие детали — это линза за 5,5 центов и светодиод. Всё остальное сделано из бумаги. Вес новинки составил всего 8 граммов, а стоимость — меньше доллара.

Проект получил широкую поддержку СМИ и выиграл грант Фонда Гордона и Бетти Муров на производство 10 000 штук и их бесплатное распространение по миру. Гордон Мур — тот самый сооснователь «Интела», предложивший закон Мура об удвоении количества транзисторов на чипе каждые два года (в другом варианте — полтора) и предсказавший радикальную доступность компьютеров в скором будущем. Именно это, только с микроскопом, осуществил Пракаш и его коллеги.

В комплекте с микроскопом первые пользователи получали магниты, которые позволяли прислонять к окуляру камеру смартфона и снимать образцы на видео. Все фото и ролики собраны в специальном разделе «Микрокосмос» на сайте проекта. Для чего только не используют изобретение Пракаша: пасечники находят паразитов у пчел, школьники исследуют жилкование крыльев у бабочек, сборщики цветных металлов изучают свои находки. Сам ученый на своем Vimeo-канале опубликовал три сотни коротких видео кофейной пены, паучьих лапок, инфузорий на рыбьих чешуйках и многого другого.

Пракаш особенно любит работать с детьми. После демонстрации Foldscope на мастер-классах он всегда спрашивает школьников, на что бы они хотели посмотреть в микроскоп, когда придут домой. И каждый раз юные биологи дают неожиданные ответы. Одна девочка заявила: «На слюни моей собаки».

«Живой мир намного превосходит наше воображение, наши представления о том, как он устроен. Видеть, как это открывают дети, феноменально».

За первой стадией последовала успешная кампания на «Кикстартере». Вместо заявленной цели в 50 000 долларов удалось собрать почти 400 000. Теперь предзаказать Foldscope может любой желающий. Цена начинается от 25 долларов, комплект из 20 штук можно купить за 35 долларов. В стандартный набор входит линза со 140-кратным увеличением. Первая доставка ожидается в августе. Создатели поставили себе задачу распространить миллион оригами-микроскопов по всему миру.

Ману Пракаш, тем временем, активно продолжает изобретать в своей Стэнфордской лаборатории. В январе он представил еще одно поразительное ноу-хау — это Paperfuge, бумажная центрифуга, которая стоит 20 центов, но позволяет готовить образцы для анализа крови.

Центрифуги стоят в каждой медицинской лаборатории. Благодаря центробежной силе они позволяют отделять плазму крови от красных кровяных телец и делать другие анализы. Это необходимо для диагноза многих болезней, от малярии до ВИЧ-инфекции.

Пракаш задумался: как сделать подобные анализы доступными там, где нет электричества, то есть в условиях «диагностики под деревом»? Ученый вспомнил о существовании народной игрушки «жужжалки» (она же «фуркалка» на Украине), известной во многих культурах. В самом простом виде это колесо на двух шнурках. В русских деревнях ее делали из пуговицы или хрящевой кости свиньи. Тянете в стороны в определенном ритме — и колесо совершает 125 тысяч оборотов в минуту, издавая высокое жужжание. Как обнаружил Пракаш и его коллеги, во время вращения достигается давление в 30 000 атмосфер. Этого достаточно, чтобы изолировать возбудителей малярии за несколько минут. Нужно просто разместить по ободу бумажного колеса ампулы с образцами крови.

Параллельно биоинженер исследовал любопытный феномен: сверхспирализацию, или сворачивание спиралью второго порядка (supercoiling). Когда бумажная центрифуга достигает наибольшей скорости, шнурки сворачиваются не просто спиралью, а спиралью из спиралей. Похожий эффект можно наблюдать на примере ДНК: в хромосомах она упакована в сложные сверхскрученные формы.

Самое удивительное в работе Пракаша — то, как совмещаются наука и дизайн. Есть такое популярное выражение: «to think outside the box« — буквально «думать за пределами коробки», то есть думать нешаблонно. Парадокс индийца в том, что он сначала помещает себя в коробку, в строгие рамки (например, поставив цель снизить стоимость изобретения до минимума), а затем пытается выйти за них.

«Мне кажется совершенно поразительной простота игрушек, — говорит Пракаш, — и то, как можно использовать те же механизмы в наших инструментах».

Пракаш называет свою философию frugal science, то есть «скудная» или «бережливая» наука. Чтобы продемонстрировать смысл этого понятия, во время лекции в Индии в 2015 году Пракаш извлекает моток скотча, резко отрывает его и ошарашивает аудиторию заявлением, что только что испустил рентгеновское излучение!

Это действительно так. Еще в середине прошлого века явлением интересовался академик Борис Дерягин. В 2008 группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сумела сделать рентген пальца с помощью скотча, помещенного в вакуум. Феномен основан на разрушении кристаллов, во время которого между частицами проскакивают разряды. Пракаш приводит этот пример, чтобы показать: хорошую науку можно делать, изучая самые обычные вещи. На лекции он заявляет: «Вы можете открыть новый вид комара прямо сейчас, сидя в последнем ряду».

Именно так, в ходе наблюдения за бытовыми феноменами, аспирант Пракаша Нэйт Сира пришел к еще одной гениальной выдумке: танцующим каплям. Как-то он пролил пищевой краситель на стеклянную пластину и заметил, что капли начали двигаться. Потребовалось несколько лет, чтобы понять, что происходит: в красителе есть молекулы пропиленгликоля и воды. Они испаряются с разной скоростью и имеют разное поверхностное натяжение. Получается, что в одной капле соседствуют два вещества. Это можно использовать, чтобы научить капли разных цветов «чувствовать» присутствие друг друга. Вместе со статьей в журнале Nature ученые выпустили потрясающе красивое видео, где продемонстрировали все, на что способны их «водные акробаты».

Позже ученый развил идею в двух направлениях. Во-первых, он представил капельный компьютер. Вместо электрических импульсов в нем используются капли ферромагнитной жидкости, а роль транзисторов играют специальные каналы. Исследователям удалось воссоздать все традиционные логические элементы.

Во-вторых, Пракаш и его аспирант из Кении разработали «химическую музыкальную шкатулку». Ученый использовал игрушку, которую его жена получила в подарок на Рождество. Устройство заряжается перфолентой, в которой предварительно делают отверстия. С помощью небольшого усовершенствования Пракаш заставил шкатулку понемногу выдавливать различные жидкости: ноты становятся идентичны каплям. В перспективе изобретение позволит «оцифровать химию» — задавать реакции узором отверстий на перфокарте. Ноу-хау стоит порядка 5 долларов. Так же, как и Foldscope, оно может поставляться в школы по всему миру. У учительниц музыки и химии появится общая тема для разговоров.

Лаборатория Ману Пракаша в Стэнфорде постепенно становится одним из крупнейших мозговых центров в области биоинженерии. В сентябре 2016 года Пракаш удостоился «гранта для гениев» — Стипендии Мак-Артура. В течение 5 лет он получит $625,000. Интересно, что большинство получателей гранта — люди искусства. Странно видеть биолога в компании скульпторов, поэтов и художников, но не в случае Пракаша: его работа способна по-настоящему вдохновлять.