TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
روبرت فول: سخني درباره نحوه حركت جانوران
Filmed:
Readability: 3.7
890,074 views
روبرت فول، بیولوژیست، چند ویدیوي اسلوموشن از جانوران به دام افتاده را با ما در ميان مي‌گذارد. نگاهی دقیقتر بيندازيد به پاهای خارداري که سوسکها را قادر به حرکت روی تور می‌کنند و پاهایی با موهاي ريز غيرقابل رويت که به مارمولک اجازه دویدن به بالای دیوارها را می دهد.
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
تصور کنید هر یک از شما یک دانشجو در آزمایشگاه من هستید.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
کاری که من از شما می‌خواهم انجام بدهيد این است که با الهام از بیولوژی يك طرح ایجاد کنيد.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
بنابراین چالش ما این است:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
من از شما می خواهم كه به من در ساختن یک مدل تماسي پارامتري پويا و كاملا سه بعدی کمک کنید.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
این بدان معنی است که آیا می توانید کمک کنید تا یک پا بسازم؟
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
و این یک چالش واقعی است و من از شما می خواهم که کمکم کنید.
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
والبته این چالش یک جایزه دارد.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
این جایزه کاملا شبیه جایزه ی ted نیست اما یک تی-شرت منحصر به فرد آزمایشگاه ماست.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
بنابراین خواهش می کنم ایده های خودتون را درباره ی طراحی یک پا برای من بفرستید.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
حال اگرما بخواهیم یک پا طراحی کنیم ، چه باید بکنیم؟
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
در ابتدا ما باید بدانیم که پا چیست؟
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
اگر ما به فرهنگ لغات مراجعه کنیم خواهد گفت "پا قسمت پایینی ساق است
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
که درحال ایستادن و راه رفتن در تماس مستقیم با زمین است"
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
این معنای متعارف است.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
اما اگر شما واقعا بخواهید یک تحقیق انجام دهید، چه کار باید بکنید؟
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
شما باید به نوشتارهاي مربوط مراجعه كرده و ببینید چه چیزهایی راجع به پا شناخته شده است.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
بنابراين شما دنبال نوشتارها می‌روید. (خنده حضار)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
ممکنه شما با این نوشتار آشنا باشید.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
مشکل اینجاست که پاهای خیلی خیلی زیادی وجود دارند.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
چطور از عهده‌اش بر می آیید؟
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
لازم است كه همه‌ی پاها را بررسي کنید و اصول چگونگی کار آنها را به دست بياوريد.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
و من از شما می خواهم که به من کمک کنید در کلیپ بعدی این کار را انجام بدهم.
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
همان طور که کلیپ را می بینید دنبال اصول اساسی بگردید
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
و همچنین درباره ی آزمایش هایی که شما ممکنه طراحی کنید
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
تا بفهمید که یک پا چگونه کار میکند فكر كنيد.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
الگوهای مشترکی می بینید؟ اصول اساسي؟
01:46
What would you do?
26
94000
3000
چه کار خواهید کرد؟
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
چه آزمایشی را اجرا خواهید کرد؟
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
وای (تشویق حضار)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
تحقیق ما درمورد بایومکانیک حرکت حيوانات
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
به ما این امكان را داده است كه یک طرح اوليه برای پا درست کنیم.
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
این طرحي بر گرفته از طبیعت است، اما یک کپی از يك پای خاص که به آن نگاه کردید نیست،
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
اين ترکیبي از راز های پاهای بسياري است.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
اکنون معلوم شده است که حیوانات می توانند به هر جا بروند.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
آنها می توانند روی سطح هایی حرکت کنند -همانطور که دیدید- که
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
از نظر احتمال تماس، حرکت آن سطح،
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
و نوع مكاني كه زير پا قرار مي‌گيرد متغیر هستند.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
اگر شما می خواهید مطالعه کنید که یک پا چگونه کار می کند،
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
ما مي‌خواهيم آن سطوح يا خار و خاشاك‌ها را شبیه سازی کنیم.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
زمانی که ما آن را انجام دادیم، در اینجا آزمایش جدیدي كه انجام داديم هست:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
ما يك جانور را روي سطحي گذاشتيم و مجبورش كرديم بدود --این عنکبوت علفزار را--
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
روی سطحی که 99 درصد سطح تماسي آن حذف شده بود.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
اما حتی این هم جانور را کند نکرد.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
آن همچنان با سرعتی معادل سرعت يك انسان يعني 300 مایل بر ساعت می‌دود.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
حال ببينيم او چگونه می تواند اين کار را بکند؟ خوب - با دقت بیشتری نگاه کنید.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
وقتی ما تصویر را 50 برابر آهسته می کنیم می بینیم چگونه ساق پا با ناهمواریهای شبیه‌سازی شده برخورد می کند.
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
ساق پا مثل یک پا عمل می کند.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
و در حقیقت آن جانور قسمت های دیگر ساق پا را
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
خیلی بیشتر از آنچه كه در تعریف مرسوم سنتی پا آمده است با سطح مماس مي‌كند.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
پس كار كف پا در تمام طول پا( شامل: ساق پا و ران) تقسيم مي‌شود.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
می توانید یک آزمایش دیگر انجام دهید با یک سوسک که پا دارد،
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
و می توانید یک پایش را قطع کنید.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
من چند سوسک به شما می دهم. یک نگاه به پاهایشان بندازید.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
بدون پا بودن. چي مي‌شود؟ سرعتشون حتی کم هم نمی شود.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
او می تواند حتی بدون آن قسمت هم با همان سرعت قبلی بدود.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
نگران نباشيد، مشکلی برای سوسک پيش نمياد - پاي آنها دوباره رشد مي‌كند.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
آنها چگونه این کار (دویدن با همان سرعت) را انجام می دهند؟
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
بدقت نگاه کنید : این تصویر 100 برابر آهسته‌تر شده است،
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
و نگاه کنید که با باقی ساق پایش چه کار می کند.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
از باقي پايش مثل یک پا استفاده میکند.
05:17
very effective.
60
305000
2000
خیلی كارآمد است.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
اکنون سوالی که مطرح مي‌شود این است كه، این كار پا كه به عهده ساير قسمت‌هاي پا قرار مي‌گيرد چقدر عمومیت دارد (بین حیوانات و جانوران)؟
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
و رفتار بعدی این جانور که به شما نشان خواهم داد و اولین باری که ما آن را ديديم خيلي حیرت زده شديم.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
خبرنگاران، این خارج از اطلاع رسانی است این یک محدودیت رسمی است--
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
یک نگاه بیندازید که این چی هست!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
این یک اختاپوس دو پاست که خود را به شکل يك نارگیل غلطان درآورده است.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
این بوسیله ی "کریستینا هافورد" کشف شده است
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
و بوسیله ی "سی استدیو" فیلم برداری شده ، همین جا در "مونتری".
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
ما همچنین یک نوع دیگری از اختاپوس های دو پا را شرح داده‌ايم.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
این یکی خودش را بشکل جلبك شناور در می‌آورد.
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
او روی دو پایش راه میرود و بازوهای دیگرش را بالا در هوا نگه می‌دارد که دیده نشود.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(تشویق حضار)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
و نگاه کنید که اون با پايش چکار می کند تا روي زمين ناهموار بايستد.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
او از كل طول پا به زیبایی استفاده می کند به‌گونه‌اي که انگار آن موانع اصلا آن جا نیستند.
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
به واقع شگفت انگیز است.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
در سال 1951 "اسچر" این نقاشی را کشیده است. او تصور کرده که یک حیوان خیالی نقاشي کرده است.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
اما ما می دانیم که هنر از زندگی الهام می گیرد.
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
این نشان می دهد که طبیعت سه میلیون سال پیش حیوان بعدی را پرورش داده است.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
این جانوري شبیه میگو است که "استاموتوپاد" نامیده می شود،
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
و این چگونگی حرکت آن در سواحل پاناماست:
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
این جانور عملا غلت می زند و می تواند به بالاي تپه غل بخورد.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
این نهایت استفاده از كل پا است، در مورد اين جانور كل بدن مانند پاي اون عمل میکند.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
خوب اگر ما بخواهیم كه نخستين ويژگي مهم را به طرح اولیه خود اضافه كنيم،
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
ما بايد استفاده از تماس كل پا را اضافه کنيم.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
نه تنها پا به معنای متعارف آن، بلکه کل پا(ساق و ران)،
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
و حتی بدن نيز.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
آیا این می تواند الهام‌بخش ما در طراحي رباتهای جدید باشد؟
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
ما به صورت بیولوژیکی این ربات را به نام RHex الهام گرفته‌ايم،
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
اين ربات بوسیله‌ی این مهندسان فوق‌العاده در طي چند سال گذشته ساخته شده است.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
پای RHex ابتدا خیلی ساده بود،
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
و در طول زمان تنظیم شده و نهایتا بشکل این نصفه دایره در آمد.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
چرا اینجوریست؟ این ویدیو نشان خواهد داد.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
نگاه کنید که ربات اکنون کجاي پايش را با سطح تماس مي‌دهد تا بتواند با این سطح ناهموار كنار بيايد.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
چیزی که شما مشاهده خواهید کرد در واقع، همان استفاده از پاي نیم‌دایره‌اي به عنوان كل پا است.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
نگاه کنید چگونه از روی این رد می شود.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
شما به خوبی می توانید آن را روی این قلوه سنگ ها ببینید.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
شگفت انگیزه.هیچ حس گری نیست، همه‌ی کنترل در داخل پاها تنظیم شده است.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
واقعا ساده اما زیبا است.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
اکنون شما ممكنه به چیز دیگری راجع به این حیوانات
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
وقتی كه آنها روی سطوح سخت می دويدند توجه كرده باشيد.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
و دستیار من در این جا به من کمک میکند.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
وقتی شما پا های سوسک را لمس می کنید -- میتوانی میکروفن را برای او بگیری؟
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
وقتی پا های سوسک را لمس کردید چه طور بودند؟
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
آیا متوجه چيزي شدید؟
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
"پسر": خاردار بودند.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
رابرت فول: اون خاردار است درسته؟ اون خیلی خار دارد، مگه نه؟ یه جورایی آزاردهنده است.
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
شاید ما اونو بدیم به نگهبان‌مان و ببینیم که آیا اون به اندازه کافی شجاع هست که به سوسک دست بزند.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(خنده حضار)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
کریس اندرسون: اونو لمس کردی؟
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
"رابرت فول": بنابر این اگر با به این دقت نگاه کنید، چیزی که می بینید این است که آن ها خار دارند
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
و تا چند هفته ی قبل هیچ کس نمی دانست که آن خارها براي چه هستند.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
آن ها به عنوان محافظ و ساختمان انتقال حواس شناخته می شدند.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
ما پي برديم که آن ها برای چیز دیگری هستند - این جا قسمتی از آن خار است.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
آنها طوري تنظيم شده‌اند که به راحتی در یک جهت قرار مي‌گيرند
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
تا ساق پارا از قلوه سنگ ها بیرون بکشند،
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
اما آن ها در جهت دیگر سخت هستند بنابر این از ناهمواریهای سطح استفاده می کنند.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
اکنون ، خرچنگها جا پاها را از دست نمی دهند به این علت که آنها به صورت عادی روی ماسه حرکت می کنند
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
تا این که به آزمایشگاه ما آمدند
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
جایی که آن ها با این گونه شبکه مشکل دارند،
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
زیرا پاي آنها خار ندارد.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
خرچنگها خارهای پاهایشان را از دست داده اند بنابراین آن ها با سطح های سختی مثل این مشکل دارند.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
اما البته ما می توانیم آن را حل کنیم،
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
زیرا که ما می توانیم خارهای مصنوعی تولید کنیم.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
ما می توانیم خارهایی درست کنیم که روی قلوه سنگ های شبیه سازی شده مانور کند
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
و محو بشوند برای این که راحت بشود آنها را بیرون آورد.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
ما این کار را با قرار دادن این خارهای مصنوعی در خرچنگ ها انجام دادیم،
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
همانطور که شما این جا می بینید و ما آن ها را امتحان کردیم.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
آیا ما واقعا معیارهای اساسی تنظیم را می فهمیم؟ جواب بله است
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
این (ویدیو) 20 بار آهسته تر شده و خرچنگ درست روی حرکت از روی شبکه تمرکز کرده
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(خنده)(تشویق)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
یه کمي بهتر از طبیعت.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
خوب براي طرحمان احتیاج داریم که یک خارهای تنظیم شده اضافه کنیم.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
اکنون آیا این به ما کمک خواهد کرد كه به طراحي رباتهای بالارونده كارآمدتر فکر کنیم؟
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
خوب rhex این جاست-- rhex در روی ریل ها مشکل دارد -- روی ریل های نرم همان طور که اینجا می بینید
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
بنابراین چرا خار اضا فه نکنیم؟ زیر دوستان من این کار را در دانشگاه پنسیلوانیا انجام داده‌اند.
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
"دان کودیتسچک" چند میخ فولادی--خیلی ساده--روی ربات قرار داد
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
و اکنون rhex اینجاست اکنون به روی آن فولادها و ريل‌ها می رود --بدون هیچ مشکلی!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
چگونه این کار را انجام میدهد؟
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
بیایید سرعت آن را کم کنیم و می توانید خارها را در حین کار ببینید.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
نگاه کنید ساق پاها می آیند و خواهید دید که درست همین جا را میگیرد.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
او قادر نبود که قبلا آن را انجام دهد ،او لیز می خورد و گیر می کرد و کج می شد.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
و نگاه کنید دوباره درست همین جا --موفق بود.
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
اکنون ما این را فقط به دلیل توزیع کردن پا و خارها داریم
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
به این معنی نیست که ما می توانیم از سطوح عمودی بالا برویم.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
این خیلی خیلی سخت است.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
اما به این حیوان نگاه کنید که انجامش می دهد!
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
یکی از آن ها که من دست به دست می دهم در حال بالا رفتن از یک سطح عمودی که یک فلز صاف است مي‌باشد.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
این خیلی فوق العاده است که چه قدر سریع می تواند آن را انجام دهد.
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
اما اگر آن را آهسته کنید شما چیز خیلی فوق العاده ای می بینید.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
این یک راز است حیوانات به طور موثری بالا می روند باخزيدن و نگاه کردن--
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
و انجام دادن ترسناك آن و در واقع با توجه به چسبيدن به سطح.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
در واقع مانند شنا کردن به بالای سطح به نظر می رسد.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
همانطور که می بینید ما در واقع آن رفتار را مثل یک سیال بهتر مي‌توانيم مدل سازی کنیم.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
این توزیع پا در واقع بیشتر مانند یک پارو عمل می کند.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
همین درست است وقتی که نگاه می کنیم به این مارمولک که در حال حرکت روی ماسه روان است.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
به پاهایش نگاه کنید.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
در واقع به عنوان پارو عمل می کنند
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
اگرچه آن با سطحی در تماس هست که ما عموما آن را جامد مي‌دانيم.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
این با چیزی که دانشجوى دوره ليسانس قبلی من کشف کرده بود فرق چندانی ندارد
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
وقتی او دریافت که چگونه مارمولک ها می توانند روی آب بدوند.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
آیا شما می توانید از این استفاده کنید تا یک ربات بهتر بسازید؟
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
"مارتین بویهلر"--که الان در "بوستون-دینامیک" است-- اينكارو كرده است--
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
او این ایده را گرفت و rhex را به Aqua RHex تبدیل کرد.
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
در نتیجه اینجا rhex با پاروها است
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
و اکنون به یک ربات شناگر با قابلیت مانور بسیار بالا تبدیل شده است.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
وهمچنین برای سطح های سخت حیوانات چنگک ها را اضافه مي‌كنند.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
و احتمالا آن ها را احساس می کنید اگر آن را بگیرید.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
آیا لمسش کردید؟
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
CA: بله
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
RF : و آن ها در گرفتن سطح ها با چنگک هایشان خیلی خوب هستند.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
"مارک کاتکوسکی" در دانشگاه استنفورد یکی از همکاران من که یک مهندس فوق العاده است
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
کسی که این تکنیکی را توسعه داد که "ساخت رسوبگيري شكل نامیده می شود،
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
كه در آن او چنگک ها را درست به یک پای مصنوعی مي‌افزاید.
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
و در اینجا یک نسخه ساده از یک پا برای ربات جدید است که در چند لحظه نشون می دهم.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
بنابر این برای طرح مان بیایید چنگک ها را اضافه کنیم.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
اکنون اگر شما به حیوانات نیز نگاه کنید به صورتی که در همه ی سطح ها روان باشند،
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
حیوانات از مکانیسم پیوندی استفاده می کنند
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
که شامل چنگک ها و خارها و موها و پدها (چنبرهای نرم) و چسب ها و چسبندگی های ظریف
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
و کلی از چیز های دیگر مي‌شود.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
اینها همه از حشرات متفاوتی هستند.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
این جا یک مورچه است که از یک سطح عمودی بالا می رود.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
بیایید یک نگاه به آن مورچه کنید.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
این پای یک مورچه است شما موها و چنگکها و این چیز هارا اینجا می بینید.
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
این حالتی است که پایش در هوا است.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
نگاه کنید که چه اتفاقی میافتد وقتی پا وارد ساندویج شما می شود.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
می بینید چه اتفاقی می افتد؟
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
پد (چنبره) بیرون می آید و اینجایی است که چسب هست.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
اینجا پای یک مورچه از زیر است،
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
و وقتی چنگک ها فرو نمی روند آن pad بیرون می آید بدون این که مورچه کاری انجام دهد.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
آن فقط بیرون می آید.
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
و گرفتن این تصویر سخت بود-- من فکر می کنم این تصویری از پای یک مورچه روی يك رشته باشد.
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
خوب اين كار سخت است.
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
و این است که چگونه از نزدیک به نظر می رسد
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
این جا پای مورچه است و این جا چسب است.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
و ما دریافتیم که این چسب ممکن است یک ترکیب دو مرحله ای جالب باشد.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
اما به طور قطع کمک می کند تا او خود را نگه دارد.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
بنابر این در طرح مان چند پد چسبنده هم می چسبانیم.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
شما ممکن است به سطح های نرمی که ما از آنها الهام گرفته ایم فکر کنید.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
اکنون ما چیز بهتری این جا داریم.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
مارمولک خانگى یک مثال خوب نانوتکنولوژی در طبیعت است.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
این ها پاهایش هستند.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
آن ها خیلی شبیه فضایی ها هستند. و این راز که آنها با اين پاها مي‌چسبند،
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
شامل انگشتان پشمالويشان هم مي‌شود.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
آن ها می توانند یک صفحه را با سرعت یک متر بر ثانیه به بالا بدوند،
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
ومی توانند 30 قدم در آن یک ثانیه بر دارند شما به سختی می توانید آن ها را ببینید.
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
اگر ما آن را آهسته کنیم آن ها پاهایشان را در یک هزارم ثانیه تماس می دهند،
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
و آن ها را در 16هزارم ثانیه جدا می کنند.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
و هنگامی که تماشا میکنید که چگونه آن را جدا می کنند باور نکردنی است.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
آن ها از سطح می کنند مانند اینکه شما یک تیکه نوار چسب را می کنید.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
خیلی عجیبه! چگونه این کار را انجام می دهند؟
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
اگر به پاهایشان نگاه کنید آن ها یک عضو برگ مانند دارند که "لینالا" نامیده می شود
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
كه میلیون‌ها مو دارد.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
و هر مو بيشترين تعداد شاخه‌شاخه شدن در انتها را دارا است.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
آن شامل صد تا هزار انتهای بخشی است.
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
و رازاین است زیرا آن تماس نزدیک را ممكن می‌كند.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
مارمولک خانگى دارای یک بیلیون از انتهاهای شاخه شاخه شده با اندازه 200 نانومتر است.
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
آن ها با چسب نمی چسبند یا مثل ولکرو کار نمی کنند یا مثل مکش هم کار نمی کنند.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
ما در یافتیم که آن ها فقط با نیروی بین مولکولی کار می کنند.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
بنا بر این در طرحمان ما چند مو قرار دادیم.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
و با این طرح اولین چسب خشک خود تمیزكننده را بدست آوردیم.
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
و آن را به ثبت رسانديم، خوشحالیم که اينو بگیم.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
و اینجا ساده ترین ورژن در طبیعت است،
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
و اینجا همکار من "ران فیرینگ" که کار می کند
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
روی نسخه مصنوعی این چسب خشک که از "پلی رتان" درست شده است.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
و اینجا اولین تلاش برای به کارگیری آن است.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
نفع زیادی برای استفاده از این چسب در زمینه های مختلف وجود دارد.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
من مطمئن هستم که شما می توانید به هزاران استفاده ی ممکن فکر کنید.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
خیلی از مردم چنین فکری داشته اند، و ما خیلی خوشحالیم که این را به عنوان یک محصول بشناسیم.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
ما به این محصولات فکر کردیم برای مثال این یکی از آن هاست:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
ما به چسب-زخم هایی با الهام از بیولوژی فکر کردیم.
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
ما تعدادی مو از پوست یک مارمولک خانگى گرفتیم؛
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
سه دسته از آن ها را اینجا قرار دادیم و این چسب-زخم ها را درست کردیم.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
این کار داوطلبانه ی یک دانشجوى دوره ليسانس است--
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
ما 30000 دانشجوى دوره ليسانس داریم بنابر این می توانیم از بین آن ها انتخاب کنیم--
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
و در واقع به يك اشاره قلم بند است.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
اما یک چسب-زخم فوق العاده درست کرده است.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
آن هوا دهی شده است ،و به راحتی می تواند کنده شود، و هیچ رنجی ایجاد نمی کند و زیر آب هم کار می کند.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
من فکر می کنم این یک مثال شگفت آور از اين است كه يك تحقیق بر پایه‌ی کنجکاوی چگونه است--
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
و ما در تعجبیم که آنها چگونه ایده‌ای را پرورش می دهند--
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
که می تواند به چیز هایی که تصورش را هرگز نمی کنید برسد.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
و این فقط یک مثال از این است که چرا ما احتیاج داریم از تحقیقات بر پایه ی کنجکاوی حمایت کنیم.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
بفرمایید ، موفقیت چسب-زخم.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
بنابر این دوباره تعریف می کنیم که پا چی هست.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
سوال این است که آیا ما می توانیم از این راز ها استفاده کنیم تا
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
طرح بهتری از یک پا بدست بیاوریم ،بهتر از آنچه در طبیعت دیدیم؟
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
در اينجا يك پروژه جديد است:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
ما در حال تلاش برای ساخت اولین ربات بالا رونده امداد و نجات هستیم --بدون مکش یا آهنربا--
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
آن ها فقط می توانند روی انواع محدودی از سطح ها حرکت کنند.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
من اسم ربات جدیدی را RiSE می گذارم مخفف "Robot in Scansorial Environment" و آن در نظر گرفتن طبیعت است.
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
و ما یک تیم فوق العاده قوی از بیولوژیست ها و مهندسان برای ساخت این ربات داریم.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
و رايز( RiSE) اينجا است.
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
آن 6 پا و یک دم دارد و در اینجا او روی فنس و درخت است.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
و اینجا اولین قدم RiSE روی سطح شیب دار است.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
صدا را دارید؟ می توانید صدای بالا رفتن را بشنوید.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
و این جا او به سمت شما میاد در اولین قدم ها روی دیوار.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
و در اینجا ساده ترین پاهایش را استفاده می کنند بنابراین خیلی جدید است.
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
اما ما فکر می کنیم که ما دینامیک را درست از ربات گرفتیم.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
"مارک کاتوسکی" همچنین آن را یک قدم جلوتر برد
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
او یکی از کسانی است که قادر است این پا ها و انگشتان تولید شده را بسازد.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
مرحله ی بعد درست کردن انگشتان فرمانبردار است،
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
و تلاش برای اضافه کردن خارها و چنگک ها و آماده سازی برای چسب خشک است.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
بنابر این ایده این است که اول انگشتان و پا را درست کنند،
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
تلاش برای وفق آن و نهایتا قرار دادن آن روی ربات.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
و این دقیقا کاری است که او انجام داد.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
او در واقع یک پای رباتی بر گرفته از طبیعت ساخته است.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
و اینجا "مارک کاتوسکی" و طرح فوق العاده دانشجویانش.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
و این ها انگشتان تقویت شده هستند شش-تا از آنها هست،
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
و آن ها از معیار هایی که من راجع به آن ها صحبت کردم جمعا برای طرح استفاده کردند.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
بنابر این این بدون استفاده از مکش و چسب است،
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
و نهایتا ، وقتی به ربات وصل می شود--
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
آن به اندازه همان حیوان دارای ملهم از بیولوژی است--
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
با امید به اینکه قادر باشد از هر سطحی بالا برود.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
اینجا اونو می بینید که از دیوار یک ساختمان در استنفورد بالا میرود.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
آن سرعت گرفت --دوباره ، این یک پا هست در حال بالا رفتن.
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
این کل ربات نیست ، هنوز ما در حال کار روی آن هستیم--
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
اکنون شما می توانید ببینید چگونه وصل می شود.
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
این سازه های تقویتی شامل ستون فقرات پد (چنبره)های اصطکاک و نهایتا موهای چسبنده
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
برای گرفتن سطح های سخت و چالش انگیز.
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
بنابر این آن ها قادر بودند که این چیزها را بگیرند ، اکنون این 20 برابر سریع شده است--
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
آیا می توانید آن را در تلاش برای بالا رفتن و نجات کسی در اون طبقه ی بالایی تصور کنید؟ درسته؟
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
شما اکنون می توانید آن را تصویر سازی کنید این غیر ممکن نیست.
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
ای یک کار چالش انگیز است اما بعدها بیشتر از این کار می بینید.
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
برای نتيجه: ما رازهای طراحی از روي طبیعت را با تماشای چگونگی ساختار پاها گرفته‌ایم.
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
ما یاد گرفته ایم که باید کنترل را به قسمت های کوچکتر توزیع کنیم.
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
همه را در مغز قرار ندهید،
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
285
1099000
4000
بلکه قسمتی از کنترل را در پاهای تقویتی، ساق و قسمت های بالایی پاها و حتی بدن قرار دهید.
18:35
That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
286
1103000
3000
طبیعت از راه‌حل‌های ترکیبی استفاده می کند نه يک راه حل واحد.
18:38
and they're integrated and beautifully robust.
287
1106000
3000
آنها به خوبی منسجم شده و بسيار محكم و قوي هستند.
18:41
And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
288
1109000
8000
و سوم اينكه ما اعتقاد داریم که نمی خواهیم از طبیعت تقلید کنیم اما به جای آن از بیولوژی الهام می گیریم
18:49
and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
289
1117000
4000
و از این معیارهای نو با بهترین راه حل های مهندسی که موجود هستند استفاده می کنیم
18:53
to make -- potentially -- something better than nature.
290
1121000
3000
تا به صورت بالقوه چیزی بهتر از طبیعت بسازيم.
18:57
So there's a clear message:
291
1125000
2000
بنابراین ، یک پیغام واضح در اینجا هست:
18:59
whether you care about a fundamental, basic research
292
1127000
3000
خواه شما به تحقیقات بنيادي
19:02
of really interesting, bizarre, wonderful animals,
293
1130000
3000
از حیوانات خیلی عجیب ، جالب، فوق العاده توجه کنید يا خير،
19:05
or you want to build a search-and-rescue robot
294
1133000
1000
یا بخواهید که یک ربات امداد و نجات بسازید
19:06
that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
295
1134000
3000
که شمارو در زلزله ها کمک کند یا کسی را از آتش نجات دهد،
19:09
or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
296
1137000
5000
یا دغدغه دارو و درمان داشته باشيد، ما باید طرحهای طبیعی را حفظ کنیم.
19:14
Otherwise these secrets will be lost forever.
297
1142000
3000
در غیر این صورت، این رازها برای همیشه از دست خواهد رفت.
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
متشکرم
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