TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
רוברט פול מדבר על תנועת בעלי החיים
Filmed:
Readability: 3.7
890,074 views
הביולוג רוברט פול חושף יצורים שובי לב בהילוך איטי. הביטו מקרוב על הרגליים הקוצניות שמאפשרות לתיקנים לרוץ על פני רשתות ועל כפות הרגליים עם הננו-שערות שמאפשרות לשממיות לרוץ במעלה הקירות.
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
דמיינו לעצמכם שאתם תלמידי מחקר במעבדה שלי.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
הייתי רוצה שתתנסו בתכנון בהשראה ביולוגית.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
וזהו האתגר:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
אני רוצה שתעזרו לי ליצור מודל תלת מימדי, דינמי ופרמטרי עבור מגע.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
התרגום לכך הוא, האם תוכלו לעזור לי לבנות כף רגל?
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
וזהו אכן אתגר אמיתי, ואני רוצה שתסייעו לי.
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
כמובן, לאתגר יש פרס.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
זהו לא בדיוק פרס של TED, אבל זוהי חולצה אקסלוסיבית מהמעבדה שלנו.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
אז בבקשה שלחו לי את הרעיונות שלכם לתכנון כף רגל.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
אם אנחנו מעוניינים לתכנן כף רגל, מה עלינו לעשות?
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
ראשית, עלינו לדעת מהי כף רגל.
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
אם ניגש למילון, הוא יגיד, "זהו הקצה התחתון של הרגל
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
שנמצא במגע ישיר עם הקרקע בעמידה או בהליכה".
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
זוהי ההגדרה המסורתית.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
אבל אם תרצו באמת לחקור, מה עליכם לעשות?
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
עליכם לגשת לספרות ולבחון מה ידוע על כפות רגליים.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
אז אתם הולכים לספרות...
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
יתכן שהספרות הזאת מוכרת לכם.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
הבעיה היא, שישנן המון המון כפות רגליים.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
איך עושים זאת?
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
צריך לסקור את כל כפות הרגליים ולתמצת את עקרונות פעולתן.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
ואני רוצה שתעזרו לי בכך בקליפ הבא.
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
בזמן שתצפו בקליפ, חפשו אחר עקרונות,
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
וגם חישבו על ניסוי שאולי תתכננו
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
במטרה להבין כיצד פועלת כף רגל.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
רואים עקרונות מנחים כלשהם?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
מה הייתם עושים?
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
איזה ניסויים הייתם עורכים?
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
וואו. (מחיאות כפיים)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
המחקר שלנו, שעוסק בביומכניקה של תנועת בעלי החיים,
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
עזר לנו לבנות שרטוט של כף רגל.
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
התכנון שלה קיבל השראה מהטבע, אבל זהו לא העתק של כף רגל כלשהי שכעת ראיתם,
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
אלא סינתזה של סודות של הרבה, הרבה כפות רגליים.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
מסתבר שחיות יכולות ללכת לכל מקום.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
הן יכולות לנוע על מצעים שונים זה מזה
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
בהסתברות של המגע, בתנועה של המשטח,
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
ובסוג אחיזת הרגל הקיימת.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
אם ברצוננו לחקור כיצד פועלת כף רגל,
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
עלינו ליצור סימולציה של המשטחים השונים.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
כאשר עשינו זאת -- זהו ניסוי חדש שערכנו:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
הנחנו את החיה ואפשרנו לה לרוץ -- זהו עכביש העשב --
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
על משטח בו הוסרו 99 אחוזים משטח המגע.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
אבל זה אפילו לא האט את החיה.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
היא עדיין רצה במהירות המקבילה למהירות אנושית של 500 קמ"ש.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
איך היא מסוגלת לעשות זאת? שימו לב.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
בהילוך איטי פי 50 אנחנו רואים כיצד הרגל פוגעת במשטח הסימולציה.
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
הרגל משמשת ככף רגל.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
למעשה, חלקים אחרים של הרגל יוצרים מגע
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
בתדירות גבוהה יותר מאשר כף הרגל עצמה.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
כף הרגל מבוזרת על פני כל הרגל.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
תוכלו לערוך ניסוי נוסף בו תקחו תיקן עם כף רגל,
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
ותסירו את כף רגלו.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
אני מעביר ביניכם כמה תיקנים. התבוננו היטב בכפות רגליהם.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
ללא כף רגל, הנה מה שהוא עושה. הוא אפילו לא מאט.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
הוא יכול לרוץ באותה מהירות ללא החלק הזה.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
אל תדאגו לתיקן -- הם יכולים לגדל אותן בחזרה, אם זה מטריד אתכם.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
איך הם עושים זאת?
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
התבוננו היטב: זהו הילוך איטי פי 100.
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
שימו לב מה הוא עושה עם החלק הנותר של הרגל.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
ושוב, הרגל מתנהגת ככף רגל מבוזרת.
05:17
very effective.
60
305000
2000
מאד יעיל.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
כעת, השאלה שלנו היא, מה רמת השכיחות של כף רגל מבוזרת?
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
ההתנהגות הבאה שאציג בפניכם הדהימה אותנו בפעם הראשונה בה ראינו אותה.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
עיתונאים, הקטע הזה הוא לא לציטוט, מוטל עליו אמברגו --
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
התבוננו בזה!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
זהו תמנון הולך על שתיים שמוסווה כקוקוס מתגלגל.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
גילתה אותו כריסטינה האפארד
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
והוא צולם על ידי אולפני הים, כאן במונטרי.
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
תעדנו מין אחר של תמנון הולך על שתיים.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
התמנון הזה מסווה את עצמו כאצה צפה.
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
הוא הולך על שתי רגליים ומחזיק את שאר הרגליים באוויר כך שהן לא נראות.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(מחיאות כפיים)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
הביטו מה הוא עושה עם כף הרגל כדי לעבור משטחים מאתגרים.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
הוא משתמש בכף הרגל המבוזרת היפהפייה ומתקדם כאילו המכשולים כלל לא קיימים.
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
בהחלט יוצא מן הכלל.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
בשנת 1951, אשר צייר את הציור הבא. הוא חשב שייצר פנטזיה של חיות.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
אבל האמנות מחקה את החיים,
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
ומסתבר שבטבע, לפני 3 מיליון שנים, התפתחה החיה הבאה.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
היא נראית כמו שרימפ ונקראת סטומאטופוד.
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
והנה הדרך בה היא נעה על חופי פנמה:
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
היא למעשה מתגלגלת, והיא יכולה אפילו להתגלגל במעלה הגבעה.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
זוהי הרגל המבוזרת האולטימטיבית. כל הגוף משמש ככף רגל.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
לכן, אנו רוצים להוסיף לשרטוט שלנו את התכונה הראשונה החשובה.
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
אנו רוצים להוסיף מגע מבוזר.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
לא רק עם כף הרגל המסורתית, אלא עם כל הרגל,
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
ואפילו עם הגוף.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
האם זה יכול לשמש כהשראה לתכנון רובוטים חדשניים?
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
את הרובוט הזה בנינו בהשראה ביולוגית. שמו הוא רהקס.
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
הוא נבנה על ידי המהנדסים המופלאים הללו במהלך השנים האחרונות.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
כף רגלו של רהקס התחילה כמשהו פשוט,
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
במהלך הזמן היא שוכללה, ובסופו של דבר קיבלנו את חצי העיגול הזה.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
מה הסיבה לכך? תראו זאת בווידאו.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
התבוננו היכן הרגל של הרובוט יוצרת מגע כדי להתמודד עם פני השטח הקשים האלה.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
תראו שלמעשה, הרובוט משתמש ברגל המעוגלת ככף רגל מבוזרת.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
התבוננו כיצד הוא עובר מעל.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
אתם יכולים לראות זאת כאן היטב.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
יוצא מן הכלל. ללא אמצעי חישה כלשהם. כל השליטה מבוססת על הרגליים המתואמות.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
בהחלט פשוט, אך יפהפה.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
ודאי שמתם לב לדבר נוסף
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
כאשר החיות רצות על פני משטח מורכב.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
והעוזר שלי עומד לעזור לי כאן.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
כאשר נגעת ברגלו של התיקן -- אתה יכול להגיע אליו עם המיקרופון?
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
כאשר נגעת ברגלו של התיקן, מה הייתה התחושה?
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
האם שמת לב למשהו?
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
ילד: קוצני.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
רוברט פול: זה קוצני, נכון? ממש קוצני, נכון? זה קצת כאב.
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
אולי נוכל לתת אותו למנחה שלנו ונבדוק אם הוא מספיק אמיץ בשביל לגעת בג'וק.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(צחוק)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
כא: נגעת בזה?
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
רפ: אם תתבוננו בתשומת לב, תראו שיש להם קוצים.
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
ועד לפני מספר שבועות, אף אחד לא ידע מה תפקידם.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
הניחו שיש להם תפקידי הגנה או חישה.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
גילינו שמטרתם שונה -- הנה חלק מהקוץ.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
הם בנויים כך שהם מתכופפים בקלות לכיוון אחד
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
כדי להוציא את הרגל מתוך המשטח,
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
אך הם קשיחים לכיוון השני, כך שהם יכולים להאחז בחספוסים במשטח.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
סרטנים לא מאבדים את אחיזתם בקרקע, מכיוון שהם בד"כ כלל נעים על חול --
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
עד שהגיעו למעבדה שלנו.
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
שם הם נתקלו בבעיה עם הרשת הזו,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
מכיוון שאין להם קוצים.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
לסרטנים אין קוצים, ולכן קשה להם להתמודד עם משטחים כאלה.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
אבל כמובן, אנחנו יכולים להתמודד עם זה,
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
מכיוון שאנחנו יכולים לייצר קוצים מלאכותיים.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
אנחנו יכולים לייצר קוצים שנתפסים על המצע בסימולציה
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
ומתכופפים בקלות כדי להשתחרר.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
עשינו זאת על ידי חיבור הקוצים המלאכותיים הללו לסרטנים,
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
ולאחר מכן בחנו אותם.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
האם אנחנו באמת מבינים את עיקרון ההתאמה? התשובה היא, כן!
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
זהו הילוך איטי פי 20, והסרטן פשוט חולף ביעף על פני המשטח שלנו.
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(מחיאות כפיים)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
יותר טוב מהטבע.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
אז לשרטוט שלנו, אנחנו צריכים להוסיף קוצים מתואמים.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
האם זה יעזור לנו לתכנן רובוטים מטפסים יעילים יותר?
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
הנה רהקס -- לרהקס יש בעיה עם מסילות חלקות, כפי שאתם רואים כאן.
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
למה שלא נוסיף קוצים? עמיתי באוניברסיטת פנסילבניה עשו זאת.
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
דן קודיצ'ק הוסיף כמה מסמרי ברזל -- גרסה פשוטה מאד -- על הרובוט --
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
והנה רהקס, כעת, עובר מעל המסילות בלי בעיה.
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
איך הוא מבצע זאת?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
נריץ בהילוך איטי ותוכלו לראות את הקוצים בפעולה.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
הביטו ברגל באה מסביב, ותראו את הרגל נאחזת בדיוק שם.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
לפני כן הוא לא הצליח. הוא החליק, נתקע והתהפך.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
וכעת הביטו שוב, בדיוק שם -- הצלחה.
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
רגל מבוזרת עם קוצים לא מבטיחה לנו
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
יכולת טיפוס על משטחים אנכיים.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
זה באמת, באמת מסובך.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
אבל הביטו בחיה הזו עושה זאת!
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
אחת מהחיות שאני מעביר ביניכם, מטפסת במעלה משטח אנכי. זוהי פלטת מתכת חלקה.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
המהירות שלה מדהימה.
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
אבל אם נאט מעט, תראו משהו בהחלט יוצא דופן.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
זהו סוד. החיה מטפסת ביעילות על ידי החלקה והביטו --
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
למעשה, ההאחזות של החיה במשטח גרועה ביותר.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
זה נראה, למעשה, כמו שחייה במעלה המשטח.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
למעשה, המודל המתאים יותר הוא התנהגות בתוך נוזל.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
הרגל המבוזרת מתנהגת, למעשה, יותר כמו משוט.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
תופעה דומה קיימת כאשר הלטאה הזו רצה על פני חול טובעני.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
הביטו ברגליה.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
הן מתפקדות כמו משוטים
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
למרות שהיא על משטח שבד"כ אנו מתייחסים אליו כאל מוצק.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
זה די דומה למה שגילתה סטודנטית שלי לשעבר
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
שהבינה איך לטאות יכולות לרוץ על פני המים.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
האם אתם יכולים להשתמש בכך כדי לייצר רובוט משופר?
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
מרטין ביולר השתמש בכך -- הוא עכשיו נמצא ב"בוסטון דינמיקס" --
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
הוא יישם את הרעיון הזה והפך את רהקס ל"רהקס מים".
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
אז הנה רהקס עם משוטים,
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
שכעת הוסב להיות רובוט מים מדהים.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
עבור משטחים מחוספסים, לבעלי החיים מתווספים טפרים.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
וקרוב לודאי הרגשתם אותם אם אחזתם בהם.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
נגעת בזה?
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
כא: כן.
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
רפ: הטפרים האלה מתאימים מאוד לתפיסת משטחים.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
מארק קאטקוסקי מאוניברסיטת סטאנפורד, אחד משותפי, הוא מהנדס יוצא מן הכלל.
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
הוא פיתח את הטכניקה הזו שנקראת ייצור בשיקוע צורות,
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
בעזרתה הוא יכול לשבץ טפרים ברגל המלאכותית.
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
והנה הגרסה הפשוטה של רגל עבור רובוט חדש.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
אז לשרטוט שלנו, נוסיף טפרים.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
אבל, כדי שהחיות יוכלו לנוע על פני כל המשטחים,
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
הן זקוקות להכלאה בין המנגנונים
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
שכוללת טפרים וקוצים ושערות וכריות ודבק והדבקה קפילארית
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
ודברים נוספים רבים.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
אלו דברים ששייכים לחרקים שונים.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
זוהי נמלה המטפסת במעלה משטח אנכי.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
נתבונן בה.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
זוהי כף רגל של נמלה. רואים את השערות ואת הטפרים ואת הדבר הזה כאן.
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
כאן כף הרגל מורמת באוויר.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
הביטו מה קורה כאשר כף הרגל מגיעה אל הכריך שלכם.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
אתם רואים מה מתרחש?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
הכרית יוצאת החוצה. וזהו המקום בו נמצא הדבק.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
זהו מבט מלמטה על כף רגל של נמלה,
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
וכאשר הטפרים לא נתפסים, הכרית יוצאת בצורה אוטומטית ללא פעולה כלשהי של הנמלה.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
זה פשוט יוצא.
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
זו הייתה תמונה מסובכת לצילום -- אני חושב שזו תמונה של כף רגל של נמלה על על-מיתר.
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
זה די מסובך...
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
כך זה נראה במבט מקרוב --
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
הנה כף הרגל של הנמלה, וכאן הדבק.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
גילינו שהדבק מורכב מתערובת שתי-פאזות מעניינת.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
אין ספק שהוא עוזר לנמלה להאחז.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
אז לשרטוט שלנו, נוסיף כמה כריות דביקות.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
ניתן לחשוב שעבור משטחים חלקים נוכל לקבל השראה מכאן.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
והנה יש לנו משהו טוב יותר.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
השממית היא דוגמא מצויינת לננו-טכנולוגיה בטבע.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
אלו הן כפות הרגליים שלה.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
הן נראות כמעט חייזריות. והסוד, שמאפשר להן להדבק לקיר,
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
מסתתר בבהונות השעירים.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
הן יכולות לרוץ במעלה משטח במהירות של מטר בשניה,
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
כשלושים צעדים בשניה אחת -- בקושי אפשר לראות אותן.
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
בהילוך איטי, הן מחברות את כפות רגליהן ב-8 אלפיות השניה,
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
ומשחררות אותן ב-16 אלפיות השניה.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
וכאשר מתבוננים כיצד הן מנתקות את רגליהן, זה מוזר.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
הן מקלפות את הרגליים מהמשטח כמו שמקלפים נייר דבק.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
מוזר מאד. איך הן נדבקות?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
בכפות רגליהן יש מבנה דומה לעלה שנקרא לינלאה,
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
שבו מליוני שערות.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
כל שערה סובלת ממקרה חמור של קצוות מפוצלים.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
יש לה בין 100 ל-1000 קצוות מפוצלים.
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
וזהו הסוד, מכיוון שזה מאפשר להן מגע אינטימי.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
לשממית יש מיליארד קצוות דקיקים בגודל 200 ננומטר.
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
והם לא נדבקים בעזרת דבק, או סקוץ', או יניקה.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
גילינו שהם פועלים על ידי קשרים בין מולקולריים בלבד.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
ולכן בשרטוט שלנו נפצל כמה שערות.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
זה נתן לנו השראה לתכנן דבק יבש המתנקה עצמאית,
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
ואנו שמחים להודיע שיש לנו פטנט רשום.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
זוהי הדוגמא הפשוטה ביותר בטבע,
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
וזהו הנסיון של שותפי רון פירינג לייצר
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
גרסה מלאכותית של דבק יבש העשוי מפוליאוריתן.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
וזהו הנסיון הראשון להעמיס אותו במטען.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
יש התעניינות רבה בכך בתחומים רבים ושונים.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
אני בטוח שתוכלו לחשוב על אלפי שימושים אפשריים.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
אנשים רבים עשו זאת, ואנחנו נרגשים לממש זאת כמוצר סופי.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
חשבנו על מוצרים, כמו הדוגמא הזו למשל:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
חשבנו על פלסטר בהשראה ביולוגית ללא שימוש בדבק.
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
לקחנו כמה שערות מנשל שממית,
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
שמנו שלושה גלילים שלהן כאן, ויצרנו את הפלסטר הזה.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
זהו סטודנט מתנדב --
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
יש לנו 30,000 סטודנטים, אז אנחנו יכולים לבחור מביניהם --
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
זהו למעשה רק סימון בעט אדום.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
אבל הוא משמש כפלסטר נפלא.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
הוא מאוורר, אפשר להסיר אותו בקלות, הוא לא גורם לגירויים, והוא מתאים לשימוש מתחת למים.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
אני חושב שזו דוגמא יוצאת מן הכלל לדרך בה מחקר סקרני --
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
בסה"כ תהינו איך הן מטפסות --
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
יכול להוביל לדברים שמעבר לכל דימיון.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
זוהי רק דוגמא לסיבות לתמיכה במחקר סקרני.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
והנה, מסירים את הפלסטר.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
אז הגדרנו מחדש מהי כף רגל.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
השאלה היא, האם אנו יכולים להשתמש בסודות הללו,
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
כהשראה לתכנון כף רגל טובה יותר מאלו שראינו בטבע.
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
זהו פרוייקט חדש:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
אנחנו מנסים לייצר את הרובוט המטפס הראשון לצורך חילוץ והצלה - ללא מנגנון יניקה או מגנטים -
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
שיוכל לנוע על מגוון משטחים מוגבל.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
קראנו לרובוט רייס (RiSE), ראשי תיבות עבור רובוט בסביבת טיפוס.
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
ויש לנו קבוצה יוצאת מן הכלל של ביולוגים ומהנדסים שיוצרים את הרובוט הזה.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
והנה רייס.
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
יש לו שש רגליים וזנב. הנה הוא על גדר ועל עץ.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
והנה צעדיו הראשונים על שיפוע.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
אפשר לשמוע? אתם יכולים לשמוע אותו עולה.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
והנה הוא בא לכיוונכם, בצעדיו הראשונים במעלה קיר.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
כאן הוא משתמש רק ברגליו הפשוטות ביותר. זה חדש ביותר,
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
אבל אנחנו חושבים שמצאנו את הדינמיקה המתאימה של הרובוט.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
מארק קאטקוסקי מתקדם צעד נוסף קדימה
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
ובונה את הרגליים והבהונות בתהליך שיקוע צורה.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
השלב הבא יהיה בנייה של בהונות תואמים,
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
הוספה של קוצים וטפרים והתאמה לדבקים יבשים.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
הרעיון הוא קודם כל לבנות את כף הרגל והבהונות,
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
לנסות לגרום להם לטפס, ובסופו של דבר להתאים אותם לרובוט.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
וזה בדיוק מה שהוא עשה.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
הוא בנה, למעשה, רגל רובוטית מטפסת בהשראת הטבע.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
והנה קאטקוסקי והעיצוב המדהים של תלמידיו.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
אלו הן בהונות מתואמים - יש 6 כאלה,
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
והם משתמשים בעקרונות שדברתי עליהם עבור השרטוט.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
הוא לא עושה שימוש ביניקה או בדבק,
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
ובסופו של דבר, כאשר זה יחובר לרובוט --
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
הוא בנוי בהשראה ביולוגית בדיוק כמו בעל החיים --
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
אנו מקווים שיהיה מסוגל לטפס על כל סוג של משטח.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
כאן רואים אותו מטפס על בניין בסטאנפורד.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
זה בהילוך מהיר -- שוב, זוהי רגל מטפסת,
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
עדיין לא הרובוט כולו, אנחנו עובדים על כך.
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
רואים אותה נצמדת.
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
המבנים המתואמים מאפשרים לקוצים, לכריות החיכוך ובסופו של דבר לשערות ההדבקה
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
להאחז במשטחים מאתגרים ומסובכים ביותר.
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
זה כעת בהילוך מהיר פי 20.
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
אתם יכולים לדמיין אותו מנסה להציל מישהו שם למעלה?
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
אתם יכולים לדמיין זאת כעת, זה לא בלתי אפשרי.
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
זוהי משימה מאתגרת מאד. אבל המשך יגיע.
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
לסיום: למדנו סודות תכנון של הטבע כשבדקנו איך כפות רגליים בנויות.
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
למדנו שכדאי לבזר את השליטה לאיזורים חכמים.
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
לא לשים הכל במוח,
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
285
1099000
4000
אלא לשים חלק מהשליטה בכפות רגליים מתואמות, ברגליים ואפילו בגוף.
18:35
That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
286
1103000
3000
הטבע משתמש בפתרונות משולבים, ולא בפתרון יחיד,
18:38
and they're integrated and beautifully robust.
287
1106000
3000
והם משתלבים יחד בצורה יפה ומובהקת.
18:41
And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
288
1109000
8000
אנחנו מאמינים שאנחנו לא צריכים לחקות את הטבע, אלא לקבל השראה מהביולוגיה,
18:49
and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
289
1117000
4000
ולהשתמש בעקרונות החדשים בשילוב פתרונות הנדסיים קיימים
18:53
to make -- potentially -- something better than nature.
290
1121000
3000
כדי ליצור משהו טוב יותר מהטבע.
18:57
So there's a clear message:
291
1125000
2000
ויש לכך מסר ברור:
18:59
whether you care about a fundamental, basic research
292
1127000
3000
בין אם אתם מתעניינים במחקר בסיסי,
19:02
of really interesting, bizarre, wonderful animals,
293
1130000
3000
או בחיות מעניינות, מוזרות ונפלאות,
19:05
or you want to build a search-and-rescue robot
294
1133000
1000
או שברצונכם לבנות רובוט לחילוץ והצלה
19:06
that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
295
1134000
3000
שיוכל לסייע לכם במקרה של רעידת אדמה, או להציל מישהו משריפה,
19:09
or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
296
1137000
5000
או שאתם מתעניינים ברפואה - אנחנו חייבים לשמור על התכנונים של הטבע.
19:14
Otherwise these secrets will be lost forever.
297
1142000
3000
אחרת, הסודות הללו יאבדו לנצח.
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
תודה לכם.
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