TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
Robert Full über die Bewegung von Tieren
Filmed:
Readability: 3.7
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Der Biologe Robert Full zeigt uns Zeitlupenvideos von ein paar faszinierenden Tierchen. Schauen Sie sich die stacheligen Beinchen der Schaben näher an, die ihnen das Überqueren von Gitter erlauben, und die Nanoborsten an den Füßen der Geckos, mit denen sie Wände hinauflaufen können.
Robert Full - Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
I want you to imagine that you're a student in my lab.
0
0
5000
Stellen Sie sich einmal vor, Sie sind Student in meinem Labor.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
Und ich möchte, dass Sie ein biologisch inspiriertes Design schaffen.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
Hier ist die Aufgabe:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
Helfen Sie mir dabei, ein dynamisches, parameterisiertes Kontaktmodell in 3D zu bauen.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
Übersetzt heißt das: Können Sie mir helfen, einen Fuß zu bauen?
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
Und das ist eine Herausforderung, bei der Sie mir helfen müssen.
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
Die Aufgabe bringt natürlich einen Preis mit sich.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
Vielleicht nicht der TED Prize, aber doch ein exklusives T-Shirt aus unserem Labor.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
Also bitte senden Sie mir Ihre Ideen, wie man einen Fuß designt.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
Was gehört zum Design eines Fußes dazu?
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
Zuerst müssen wir wissen, was ein Fuß ist.
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
Im Wörterbuch steht: "Die untere Extremität eines Beins,
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
das beim Stehen oder Laufen in direktem Bodenkontakt steht."
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
Das ist die traditionelle Definition.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
Aber was gehört zu einer richtigen Recherche darüber?
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
Wir müssen schauen, was in der bekannten Literatur über Füße steht.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
Also wenden wir uns der Literatur zu. (Lachen)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
Vielleicht ist Ihnen diese Art Literatur bekannt.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
Problematisch ist aber, dass es viele, viele Füße gibt.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
Wie macht man das?
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
Wir müssen alle Füße untersuchen und die Prinzipien ihrer Funktionsweise herausarbeiten.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
Und im nächsten Video sollen Sie mir dabei helfen.
01:25
As you see this clip, look for principles,
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73000
3000
Achten Sie in diesem Video auf Gemeinsamkeiten
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
und denken Sie über Experimente nach, mithilfe derer Sie
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
die Funktionsweise eines Fußes verstehen können.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
Sehen Sie Gemeinsamkeiten? Grundprinzipien?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
Was würden Sie tun?
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
Welche Experimente würden Sie durchführen?
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
Wow. (Beifall)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
Durch unsere Forschung zur Biomechanik der Fortbewegung von Tieren
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
konnten wir einen Bauplan eines Fußes erstellen.
03:42
It's a design inspired by nature, but it's not a copy of any specific foot you just looked at,
31
210000
6000
Den Entwurf hat die Natur inspiriert, er ist aber keine Kopie der soeben gesehenen spezifischen Füße,
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
sondern eine Synthese der Geheimnisse vieler, vieler Füße.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
Jetzt stellt sich heraus, dass Tiere überall hin können.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
Sie können sich auf sehr verschiedenen Untergründen fortbewegen –
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
sie variieren in der Kontaktwahrscheinlichkeit, der Bewegung der Oberfläche
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
und den gegebenen Auftrittsmöglichkeiten.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
Wenn wir untersuchen, wie ein Fuß funktioniert,
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
müssen wir diese Oberflächen oder Hindernisse simulieren.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
Dabei führten wir ein neues Experiment durch:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
Wir ließen ein Tier – hier eine Grasspinne –
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
über eine Oberfläche laufen, von der 99 % der Kontaktfläche entfernt worden waren.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
Aber das verringerte die Geschwindigkeit des Tiers kein bisschen.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
Es läuft immer noch mit einer Geschwindigkeit von fast 500 km/h.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
Wie gelang ihm das nur? Schauen Sie genauer hin.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
Verlangsamen wir die Bewegung 50-mal, sehen wir, wie das Bein das Hindernis berührt.
04:34
The leg is acting as a foot.
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262000
2000
Das Bein handelt wie ein Fuß.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
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264000
3000
Und das Tier lässt andere Teile seines Beins
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
viel öfter als den traditionell definierten Fuß Kontakt herstellen.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
Der Fuß ist über das ganze Bein verteilt.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
Hier ist ein anderes Experiment, wo der Fuß
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
einer Kakerlake entfernt wird.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
Ich lasse ein paar Kakerlaken herumgehen. Schauen Sie sich ihre Füße an.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
Ohne einen Fuß tut sie dies. Sie verlangsamt sich noch nicht einmal.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
Sie kann ohne dieses Segment die Geschwindigkeit beibehalten.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
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291000
3000
Kein Problem für die Schabe – die Füße wachsen auch wieder nach.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
Wie stellen sie das an?
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
Schauen Sie genau hin: Einhundertfach verlangsamt
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
sehen wir nun, was sie mit ihrem Bein anstellt.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
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302000
3000
Und wieder fungiert es als erweiterter Fuß –
05:17
very effective.
60
305000
2000
sehr effektiv.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
Unsere Frage war aber: Wie allgemein ist ein erweiterter Fuß?
05:24
And the next behavior I'll show you of this animal just stunned us the first time that we saw it.
62
312000
9000
Bei dem nächsten Verhalten waren wir beim ersten Sehen einfach nur verblüfft.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
Journalisten, das ist nicht für die Öffentlichkeit bestimmt.
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
Schauen Sie mal, was das ist!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
Das ist ein zweifüßiger Oktopus, der als rollende Kokosnus verkleidet ist.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
Er wurde von Christina Huffard entdeckt,
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
und von Sea Studios gefilmt, genau hier aus Monterey.
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
Wir haben auch eine andere Spezies des zweifüßigen Oktopus entdeckt.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
Der hier tarnt sich als treibende Algen.
06:04
It walks on two legs and it holds the other arms up in the air so that it can't be seen.
70
352000
5000
Er läuft auf zwei Beinen und hält die anderen Arme hoch, damit er nicht gesehen wird.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(Beifall)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
Und schauen Sie, was er tut, um den Fuß über schwieriges Terrain zu bewegen.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
Dieser wunderbare erweiterte Fuß lässt die Hindernisse wie gar keine erscheinen –
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
wahrhaftig außergewöhnlich.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
1951 zeichnete Escher dieses Bild. Er dachte, er hätte Tier-Fantasy gezeichnet.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
Aber da bekanntlich die Kunst das Leben imitiert,
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
stellt sich heraus, dass die Natur vor drei Millionen Jahren das nächste Tier entwickelte.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
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391000
2000
Es ist ein Shrimp-ähnliches Tier namens Stomatopode.
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
So bewegt es sich an den Stränden von Panama:
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
Es rollt regelrecht und kann sogar bergauf rollen.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
Es ist der ultimative erweiterte Fuß: Der gesamte Körper agiert in diesem Fall als Fuß.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
Wenn wir dann unserem Bauplan das erste wichtige Feature geben wollen,
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
dann ist das also erweiterter Fußkontakt.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
Nicht nur mit dem traditionellen Fuß, auch mit dem Bein
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
und selbst mit dem Körper.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
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422000
4000
Kann uns das dabei helfen, neuartige Roboter zu entwerfen?
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
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426000
3000
Wir sorgten für die biologische Inspiration dieses Roboters namens RHex,
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
der von diesen fantastischen Ingenieuren in den letzten paar Jahren gebaut wurde.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
Der Fuß von RHex fing zunächst ganz einfach an,
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
mit der Zeit wurde an ihm herumgeschraubt und schließlich wurde es dieser HalbkreIs.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
Wieso das? Das Video zeigt es Ihnen.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
Schauen Sie, wo der Roboter auf diesem schwierigen Untergrund Kontakt mit seinem Bein herstellt.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
Sie sehen, dass er den Halbkreisfuß als erweiterten Fuß einsetzt.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
Schauen Sie, wie er hier läuft.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
Sie können es bei dem Hindernis gut sehen.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
Außergewöhnlich. Kein Tasten, alle Kontrollen sind direkt in die Beine eingebaut.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
Sehr einfach, aber schön.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
Vielleicht ist Ihnen an den Tieren noch etwas aufgefallen,
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
während Sie den unebenen Boden überquerten.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
Und hier hilft mein Assistent.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
Als du das Bein der Schabe angefasst hast – können wir ihm ein Mikro geben?
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
Als du das Bein der Schabe angefasst hast, wie fühlte sich das an?
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
Ist dir etwas aufgefallen?
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
Junge: Stachelig.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
Robert Full: Es ist stachelig, nicht? Sehr stachelig, oder? Es tut sogar weh.
08:22
Maybe we could give it to our curator and see if he'd be brave enough to touch the cockroach.
106
490000
6000
Vielleicht können wir es unserem Kurator geben, vielleicht hat er den Mut, die Schabe anzufassen.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(Lachen)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
Chris Anderson: Hast du's angefasst?
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
Fell: Schauen Sie sich das Bein genau an, Sie sehen da die Stacheln,
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
und bis vor ein paar Wochen wusste niemand, wofür sie da sind.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
Sie nahmen an, sie existierten zum Schutz und wegen der Sensorik.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
Sie sind aber für etwas anderes – hier ein Segment des Stachels.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
Sie sind so eingestellt, dass sie leicht in eine Richtung zusammenklappen,
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
um das Bein aus dem Geröll zu ziehen,
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
aber in die andere Richtung sind sie steif, so dass sie Unebenheiten auffangen können.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
Krabben treten nie daneben, weil sie sich normalerweise auf Sand bewegen –
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
bis sie in unser Labor kommen.
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
Und dort haben sie ein Problem mit so einem Gitter,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
denn ihnen fehlen die Stacheln.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
Die Krabben haben keine Stacheln, also kommen sie auf unebenem Terrain weniger gut klar.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
Aber natürlich können wir damit umgehen,
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
denn wir können künstliche Stacheln herstellen.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
Wir können Stacheln herstellen, die auf simulierten Hindernissen greifen
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
und zur leichten Entfernung zusammenklappen.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
Wir versahen die Krabben mit diesen künstlichen Stacheln
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
wie Sie hier sehen, und testeten sie dann.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
Verstehen wir wirklich das Prinzip des Aufmotzens? Oh ja!
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
Das ist 20-fach verlangsamt und die Krabbe rast regelrecht über das Hindernis hinweg.
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(Lachen) (Beifall)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
Ein bisschen besser als die Natur.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
Wir mussten also unseren Bauplänen solche Stacheln geben.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
Hilft uns das jetzt beim Entwerfen effektiverer kletternder Roboter?
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
Hier ist RHex: RHex hat auf Schienen Probleme – auf glatten Schienen wie denen hier.
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
Geben wir ihm Stacheln! So geschah es an der Universität von Pennsylvania.
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
Dan Koditschek versah den Roboter mit Stahlnägeln – einer sehr einfachen Version –
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
und hier sehen wir RHex über die Schienen gehen! Kein Problem!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
Wie tut er das?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
Verlangsamen wir, um die Stacheln in Aktion zu sehen.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
Hier kommt das Bein an, und es hält sich genau dort fest.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
Vorher konnte es das nicht, es rutschte einfach aus, steckte fest und fiel um.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
Und hier schon wieder – erfolgreich.
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
Nur weil wir jetzt einen erweiterten Fuß und Stacheln haben,
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
kann man noch lange nicht vertikale Oberflächen erklimmen.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
Das ist echt, echt schwer.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
Aber dieses Tier kann es!
10:30
One of the ones I'm passing around is climbing up this vertical surface that's a smooth metal plate.
146
618000
6000
Eines von den Tieren, die ich herumreiche, kann diese vertikale glatte Metallplatte hochklettern.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
Und es tut das in einem verblüffenden Tempo –
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
Aber wenn man es verlangsamt, sehen wir etwas Beeindruckendes.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
Ein Geheimnis. Das Tier klettert, indem es ausrutscht und
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
es kann eigentlich überhaupt nicht gut die Oberfläche greifen.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
Es sieht eher so aus, als schwömme es die Oberfläche hoch.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
Wir können dieses Verhalten besser als Flüssigkeit nachbauen.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
Der erweiterte Fuß funkioniert eher wie ein Paddel.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
Dasselbe gilt bei dieser Eidechse, die über verflüssigten Sand läuft.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
Schauen Sie auf die Füße.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
Sie fungieren als Paddel,
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
obwohl sie mit einer Oberfläche interagieren, die wir eigentlich für fest halten.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
Das unterscheidet sich nicht von den Entdeckungen meiner früheren Studentin,
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
die herausfand, wie Eidechsen auf dem Wasser selbst laufen.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
Können wir das für bessere Roboter verwenden?
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
Martin Buehler – nun bei Boston Dynamics – gelang es,
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
er nahm diese Idee und verwandelte RHex in den Aqua RHex.
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
Hier ist RHex mit Paddeln,
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
jetzt in einen unglaublich manövrierfähigen schwimmenden Roboter umgewandelt.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
Für unebene Oberflächen jedoch haben Tiere Klauen.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
Und wahrscheinlich spüren Sie die, wenn Sie das angefasst haben.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
Hast du's angefasst?
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
Anderson: Hab ich.
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
Fell: Und sie können sich mit diesen Klauen sehr gut an Oberflächen festhalten.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
Mark Cutkosky an Stanford, einer meiner Partner, ist ein außergewöhnlicher Ingenieur,
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
der eine Technik namens Shape Deposition Manufacturing (etwa: "Formanreicherung") entwickelte,
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
wo er Klauen direkt in einen künstlichen Fuß einbetten kann.
12:06
And here's the simple version of a foot for a new robot that I'll show you in a bit.
173
714000
5000
Und hier ist eine einfache Version eines Fußes für einen neuen Roboter, den ich Ihnen gleich zeige.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
Fügen wir unserem Bauplan also Klauen hinzu.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
Die Tiere, die wirklich gut auf allen Oberflächen manövrieren können,
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
verwenden Hybridmechanismen,
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
die Klauen und Stacheln, Härchen und Ballen, Kleber und kapillare Adhäsion einsetzen,
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
und noch eine Menge anderer Dinge.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
Die hier sind alle von unterschiedlichen Insekten.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
Hier krabbelt eine Ameise eine senkrechte Oberfläche hoch.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
Schauen wir sie uns an.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
Das ist der Fuß der Ameise. Die Härchen und Klauen und das Ding hier sind sichtbar.
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
Das passiert, wenn sein Fuß in der Luft ist.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
Schauen Sie was passiert, wenn der Fuß auf Ihr Sandwich gerät.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
Haben Sie's gesehen?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
Der Ballen kommt heraus. Und dort ist der Kleber.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
Hier sehen wir einen Ameisenfuß von unten,
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
und wenn die Klauen sich nicht eingraben, kommt der Ballen ohne Zutun der Ameise heraus.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
Er fährt sich einfach aus.
12:58
And this was a hard shot to get -- I think this is the shot of the ant foot on the superstrings.
190
766000
5000
Diese Aufnahme war echt schwer – das ist der Ameisenfuß auf Bindfäden.
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
War also ganz schön schwer.
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
So sieht es von Nahem aus –
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
hier ist der Ameisenfuß und hier der Kleber.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
Und dieser Kleber entpuppt sich als interessanter Zwei-Komponenten-Mix.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
Das hilft ihr wirklich beim Festhalten.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
In unseren Bauplan fügen wir also klebrige Ballen ein.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
Daraus könnte man jetzt vielleicht für glatte Oberflächen Inspiration schöpfen.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
Wir haben hier aber etwas besseres.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
Der Gecko ist ein großartiges Beispiel von Nanotechnologie in der Natur.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
Hier sind seine Füße.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
Sie sehen fast wie von Außerirdischen aus. Und das Geheimnis, was sie haften lässt,
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
sind ihre haarigen Zehen.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
Sie können mit 1 m/s eine Oberfläche emporlaufen,
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
30 Schritte in dieser einen Sekunde machen – man kann sie kaum sehen.
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
Wenn wir das nun verlangsamen, stellen ihre Füße in 8 ms Kontakt her
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
und lösen die Verbindung in 16 ms.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
Und der Prozess des Ablösens ist bizarr.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
Sie ziehen sie von der Oberfläche ab wie man ein Stück Klebeband abziehen würde.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
Sehr seltsam. Wie haften sie nur?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
Schauen wir uns ihre Füße an: blattförmige Lamellen
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
mit Millionen von Haaren.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
Und jedes Haar hat furchtbaren Spliss.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
Es hat hundert bis tausend gespaltene Enden,
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
und das ist das Geheimnis, es lässt intimen Kontakt zu.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
Der Gecko hat eine Milliarde dieser Härchen von 200 nm Größe.
14:22
And they don't stick by glue, or they don't work like Velcro, or they don't work with suction.
216
850000
5000
Und diese haften nicht mit Klebstoff, sie funktionieren nicht wie ein Klettverschluss und nicht wie Saugnäpfe.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
Wir entdeckten, dass sie allein durch intermolekulare Kräfte funktionieren.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
In unserem Bauplan spalteten wir also ein paar Haare.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
Das hat das Design des ersten selbstreinigen Trockenklebers inspiriert –
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
und ich darf verkünden, dass das Patent ausgestellt ist.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
Hier ist die einfachste Version in der Natur,
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
und hier versucht sich mein Partner Ron Fearing
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
an einer künstlichen Version dieses Trockenklebers aus Polyurethan.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
Und hier ist mein erster Versuch, ihn zu belasten.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
Eine Reihe unterschiedlicher Gebiete interessiert sich sehr dafür.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
Es gäbe dafür tausend verschiedene Anwendungen.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
Viele haben das schon erkannt, und wir sind stolz, dies als Produkt umzusetzen.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
Wir haben Produkte erdacht, zum Beispiel dieses:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
Wir haben uns ein biologisch inspiriertes Pflaster erdacht, ein Pflaster ohne Kleber.
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
Wir nahmen ein paar Härchen von einem sich häutenden Gecko,
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
pappten hier drei Rollen davon daran und schufen dieses Pflaster.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
Das ist ein studentischer Freiwilliger –
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
wir können aus einem Pool von 30.000 Erststudenten wählen –
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
das ist eigentlich nur von einem roten Stift.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
Aber es ist ein unglaubliches Pflaster.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
Es wird belüftet, man kann es leicht abziehen, es verursacht keine Reizungen und ist wasserfest.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
Das ist ein außerordentliches Beispiel dafür, wie auf Neugier basierte Forschung –
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
wir wollten nur wissen, wie sie an etwas hochklettern –
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
zu Dingen führen kann, die man sich nicht vorstellen konnte.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
Das ist nur ein Beispiel, warum wir Forschung aus Neugier unterstützen müssen.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
Hier ziehen wir das Pflaster ab.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
Wir haben also jetzt umdefiniert, was ein Fuß ist.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
Die Frage ist, ob wir diese Geheimnisse nutzen können,
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
um das Design eines besseren Fußes zu inspirieren, besser als das Design der Natur?
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
Hier ist das nächste Projekt:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
Wir versuchen uns am ersten kletternden Such- und Berge-Roboter – ohne Saugnäpfe oder Magneten –
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
der sich nur auf einer begrenzten Auswahl von Oberflächen bewegen kann.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
Ich nenne ihn RiSE: "Roboter in Scan-sorischer Umgebung" – eine Kletterumgebung also –
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
und ein außergewöhnliches Team von Biologen und Ingenieuren arbeitet an diesem Roboter.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
Und hier ist RiSE.
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
Sechsbeinig mit Schwanz. Hier ist er auf einem Zaun und einem Baum.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
Hier sind RiSEs erste Schritte auf einer Schrägung.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
Gibt es auch Audio? Man kann es klettern hören.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
Und hier kommt es auf uns zu, die ersten Schritte eine Wand hinauf.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
Hier verwendet er nur seine einfachsten Füße, das ist also sehr neu.
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
Aber wir haben die Dynamik für ihn ganz gut verstanden.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
Mark Cutkosky bringt das ganze noch einen Schritt weiter.
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
Er kann Füße und Zehen per Shape Deposition Manufacturing herstellen.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
Im nächsten Schritt kommen passende Zehen
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
und das Befestigen von Stacheln und Klauen und trockende Haftmittel.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
Zuerst sollen also die Zehen und der Fuß funktionieren,
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
dann wird der Aufstieg versucht und am Ende der Roboter gebaut.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
Und genau das hat er getan.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
Er hat quasi einen von der Natur inspirierten Fuß-boter gebaut.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
Und hier ist das Design von Cutkosky und seinen großartigen Schülern.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
Hier sind die aufgemotzten Zehen – es gibt sechs,
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
und sie alle verwenden die Prinzipien, die ich beim Bauplan erklärt habe.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
Hier werden also keine Saugnäpfe, kein Kleber verwendet,
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
und wenn sie am Roboter befestigt sind –
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
der ist so biologisch inspiriert wie das Tier –
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
dann kann er hoffentlich jede Oberfläche emporklettern.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
Hier sehen Sie es an der Seite eines Stanford-Gebäudes hochklettern.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
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Es ist beschleunigt – wie gesagt, es ist ein kletternder Fuß.
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It's not the whole robot yet, we're working on it --
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Es ist noch nicht der ganze Roboter. Wir arbeiten dran!
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now you can see how it's attaching.
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Hier können Sie sehen, wie es Kontakt herstellt.
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These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
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Diese filigranen Strukturen erlauben es den Stacheln, Polstern und den Hafthärchen,
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to grab onto very challenging, difficult surfaces.
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sich an sehr herausfordernden, schwierigen Oberflächen festzuhalten.
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And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
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Sie konnten dieses Ding also – das ist ein 20-faches Zeitraffer –
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can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
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stellen Sie sich vor, wie es hochklettert und jemanden aus dem oberen Stockwerk rettet!
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You can visualize this now; it's not impossible.
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Ds können Sie sich jetzt vorstellen. Es ist nicht unmöglich.
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It's a very challenging task. But more to come later.
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Das ist eine große Herausforderung. Aber das ist nur der Anfang.
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To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
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Wir haben der Natur Design-Geheimnisse entlockt, indem wir uns den Bau von Füßen angeschaut haben.
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We've learned we should distribute control to smart parts.
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Wir haben gelernt, dass wir die Kontrolle auf kluge Teile verteilen sollten.
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Don't put it all in the brain,
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Nicht alles in das Gehirn,
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but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
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sondern einen Teil der Kontrolle in aufgepeppte Füße, Beine und sogar Körper.
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That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
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Die Natur verwendet Hybridlösungen, nicht eine einzelne, für diese Probleme,
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and they're integrated and beautifully robust.
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und sie sind integriert und wunderbar robust.
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And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
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Und drittens glauben wir, dass wir die Natur nicht imitieren, sondern von der Biologie inspiriert werden wollen,
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and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
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und diese neuen Prinzipien mit den besten technischen Möglichkeiten verbinden wollen,
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to make -- potentially -- something better than nature.
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um – möglicherweise – etwas besseres als die Natur zu schaffen.
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So there's a clear message:
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Die Botschaft ist also deutlich:
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whether you care about a fundamental, basic research
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Ob man sich für fundamentale, tiefe Forschung interessiert
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of really interesting, bizarre, wonderful animals,
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oder für sehr interessante, bizarre, wunderbare Tiere,
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or you want to build a search-and-rescue robot
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oder ob man einen Such- und Berge-Roboter bauen möchte,
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that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
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der in einem Erdbeben hilft oder jemanden aus einem Feuer rettet,
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or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
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oder ob man sich für Medizin interessiert, wir müssen die Baupläne der Natur retten.
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Otherwise these secrets will be lost forever.
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Sonst sind die Geheimnisse für immer verloren.
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Thank you.
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Danke.
ABOUT THE SPEAKER
Robert Full - BiologistRobert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering.
Why you should listen
UC Berkeley biologist Robert Full is fascinated by the motion of creatures like cockroaches, crabs and geckos having many legs, unusual feet or talented tails. He has led an effort to demonstrate the value of learning from Nature by the creating interdisciplinary collaborations of biologists, engineers, mathematicians and computer scientists from academia and industry. He founded CiBER, the Center for interdisciplinary Bio-inspiration in Education and Research, and the Poly-PEDAL Laboratory, which studies the Performance, Energetics and Dynamics of Animal Locomotion (PEDAL) in many-footed creatures (Poly).
His research shows how studying a diversity of animals leads to the discovery of general principles which inspire the design of novel circuits, artificial muscles, exoskeletons, versatile scampering legged search-and-rescue robots and synthetic self-cleaning dry adhesives based on gecko feet. He is passionate about discovery-based education leading to innovation -- and he even helped Pixar’s insect animations in the film A Bug's Life.
Robert Full | Speaker | TED.com