TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
로버트 풀 : 공학과 진화
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곤충과 동물들은 놀라운 능력을 갖도록 진화해 왔습니다 - 하지만, 로버트 풀은 사실 많은 동물들이 지나치게 복잡하고, 비결은 정말로 필요한 능력만 모방하는 것이라고 주장합니다. 그는 공학자들이 동물들의 비결을 어떻게 배울 수 있는지를 알려줍니다.
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
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Welcome. If I could have the first slide, please?
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반갑습니다. 첫번째 슬라이드를 보여주시겠습니까?
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Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
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5000
몇몇 공학자들이 계산한 것과는 달리, 벌들은 비행할 수 있고,
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dolphins can swim, and geckos can even climb
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7000
돌고래들은 수영 할 수 있고, 도마뱀들은 심지어
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up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
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매끈한 표면도 올라갈 수 있습니다. 오늘 저에게 주어진 짧은 시간동안
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is to try to allow each of you to experience
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자연이 만들어 놓은 비밀을 알아낼 때의 전율을
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the thrill of revealing nature's design.
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여러분도 경험할 수 있었으면 합니다.
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I get to do this all the time, and it's just incredible.
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제가 늘 하는 일이지만, 정말 놀랍습니다.
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I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
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이번 발표에 여러분과 약간이라도 이 느낌을 나누고 싶습니다.
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The challenge of looking at nature's designs --
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자연이 디자인한 것을 살펴볼 때의 어려움 --
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and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
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그것을 알아낸 방법과 어떻게 응용했는지를 알려 드리겠습니다.
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The challenge, of course, is to answer this question:
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어려운 점은 당연히, 이런 질문들의 답을 찾는 것입니다:
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what permits this extraordinary performance of animals
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59000
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동물들의 이 비범한 능력을 가능케 하고
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that allows them basically to go anywhere?
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기본적으로 어디로든 이동할 수 있게 하는 것은 무엇인가?
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And if we could figure that out, how can we implement those designs?
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7000
그리고 만약 그것을 알아 냈다면, 그러한 디자인을 어떻게 적용할 수 있을까?
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Well, many biologists will tell engineers, and others,
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아마 생물학자들은 공학자나 다른 이들에게 이렇게 말하겠죠.
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organisms have millions of years to get it right;
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'생물들을 그렇게 되기 까지 몇백만년이 걸렸으며,
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they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
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그들은 굉장하며, 모든 것을 훌륭하게 잘 할 수 있어요'
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So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
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해답은 생체모방입니다 -- 그냥 직접적으로 자연을 따라하는 거죠.
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We know from working on animals that the truth is
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동물들을 연구하면서 알게 된 사실은
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that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
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모방이 정말 쉽지 않다는 것입니다. 왜냐하면 진화는
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on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
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괜찮은 법칙에는 적용되지만, 완벽한 법칙에는 적용되지 않습니다.
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And the constraints in building any organism, when you look at it,
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97000
4000
어떤 생물체를 만들던 간에 나타나는 제약조건을 들여다보면
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are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
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5000
정말 충격적입니다. 자연의 기술은 놀라운 제약조건이 있습니다.
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Think about it. If you were an engineer and I told you
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106000
3000
만약 여러분이 공학자이고, 제가 여러분에게 이런 요구를 한다고 쳐봅시다.
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that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
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자동차를 만들어야 하는데, 처음에는 이 정도 크기에서 출발해서,
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then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
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4000
점점 커져야 하고, 그러는 과정에서도 계속 작동하도록 만들어야 한다고 치죠.
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Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it --
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118000
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여러분이 제가 만들라고 한 자동차를 만드는데, 그 안에도
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have to put a factory that allows you to make another automobile.
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또 다른 자동차를 만들 공장이 안에 있어야 한다는 사실을 상상해 보세요.
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(Laughter)
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2000
(웃음)
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And you can absolutely never, absolutely never, because of history
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여러분은 절대로, 절대로 그런 자동차는 못 만들거에요.
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and the inherited plan, start with a clean slate.
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132000
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왜냐하면 역사와 유전은 백지상태에서 출발하기 때문입니다.
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So, organisms have this important history.
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생물체들은 중요한 역사를 갖고 태어납니다.
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Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
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진화는 공학자라기보다는 땜쟁이처럼 작용하죠.
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And this is really important when you begin to look at animals.
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동물들을 보면 이것은 정말 중요한 점입니다.
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Instead, we believe you need to be inspired by biology.
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7000
대신에 우리는 생물학에서 영감을 얻어야 한다 생각합니다.
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You need to discover the general principles of nature,
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154000
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일반적인 자연의 법칙을 알아내야 하고,
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and then use these analogies when they're advantageous.
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158000
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유익한 것이 있다면 유사하게 이용할 수 있어야 합니다.
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This is a real challenge to do this, because animals,
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사실 그렇게 하기는 매우 어렵죠. 왜냐하면 동물은,
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when you start to really look inside them -- how they work --
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제대로 살펴보고, 어떻게 작용하는지 연구하기 시작하면,
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appear hopelessly complex. There's no detailed history
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절망적일 정도로 복잡해 보입니다. 세부적으로 설명해 놓은
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of the design plans, you can't go look it up anywhere.
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디자인 계획의 기록같은 것은 어디서도 찾아 볼 수 없습니다.
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They have way too many motions for their joints, too many muscles.
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관절로 가능한 너무나 많은 동작들과, 너무 많은 근육,
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Even the simplest animal we think of, something like an insect,
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심지어 우리가 가장 간단하다고 생각하는 동물,
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and they have more neurons and connections than you can imagine.
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곤충들조차도 상상보다 많은 신경과 연결체들을 가지고 있습니다.
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How can you make sense of this? Well, we believed --
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이것이 어떻게 말이 될 수 있나요? 우리가 믿기론 --
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and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
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그리고 우린 가정했기를 -- 동물이 단순하게 일하기 위해서는,
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is if the control of their movements
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197000
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그들의 동작을 제어하는 것이
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tended to be built into their bodies themselves.
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200000
6000
몸 안에 만들어져 있을 때 입니다.
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What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
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7000
우리가 발견한 것은 2, 4, 6 그리고 8개의 다리를 가지는 동물들 모두가
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all produce the same forces on the ground when they move.
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지상에서 움직일때 같은 힘을 만들어 낸다는 것입니다.
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They all work like this kangaroo, they bounce.
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216000
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모두 이 캥거루 처럼, 튑니다.
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And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
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220000
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그런 동작은 스프링 질량계를 가지고 모델을 만들 수 있습니다. 우리는 생체역학자이기 때문에
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because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
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224000
3000
스프링 질량계라는 용어를 쓰지만, 사실 스카이 콩콩 같은 겁니다.
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They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
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227000
4000
전부 스카이 콩콩의 패턴을 만들어냅니다. 어떻게 그럴 수 있을 까요?
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Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
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231000
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인간의, 여러분의 다리 중 하나는, 빠르게 걷는 개의 두 다리 처럼 작동하거나,
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
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237000
4000
빠르게 걷는 곤충의 3개의 다리가 하나인 것처럼 작동하거나
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
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241000
2000
빠르게 걷는 게의 4개의 다리를 하나로 묶어서 작동하는 것과 같습니다.
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And then they alternate in their propulsion,
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243000
4000
그리고 그것들을 엇갈려 움직이면서 추진력을 만들어내죠.
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but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
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247000
5000
하지만 패턴은 모두 같습니다. 대부분의 모든 생물체가 이런 식으로 움직입니다.
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-- you'll see next week, I'll give you a hint,
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다음 주에 기사가 나갈텐데요, 힌트를 조금 드리자면,
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there'll be an article coming out that says that really big things
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정말 큰 것들, 예를 들어 티라노사우르스 같은 동물들은
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like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
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257000
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아마 이렇게 못할 겁니다. 다음 주에 기사를 읽어 보시면 알거에요.
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Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
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261000
2000
흥미로운 점은, 동물들은 이렇게 수직면으로 뛴다고 했는데,
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the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
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픽사(Pixar)의 "벅스 라이프"를 공동제작할 때
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in "A Bug's Life," we discussed the
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2000
두발로 걷는 개미 캐릭터들에 관해서
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bipedal nature of the characters of the ants.
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의논한 적이 있었습니다.
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And we told them, of course, they move in another plane as well.
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개미들도 당연히 다른 면으로도 움직일 수 있다고 말했더니,
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And they asked us this question. They say, "Why model
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273000
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그들은 이런 질문을 했습니다.
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just in the sagittal plane or the vertical plane,
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276000
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"왜 정중면이나 수직면에 대해서만 모델을 만들죠?
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when you're telling us these animals are moving
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278000
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이 동물들이 수평면으로도 움직일 수
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in the horizontal plane?" This is a good question.
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280000
3000
있다고 말해주셨는데도 말이죠?" 이건 좋은 질문입니다.
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Nobody in biology ever modeled it this way.
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283000
3000
생물학 관련 종사자는 아무도 이렇게 모델화 하지 않았습니다.
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We took their advice and we modeled the animals moving
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286000
4000
우리는 그들의 조언을 받아들여서,
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in the horizontal plane as well. We took their three legs,
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3000
수평면으로도 이동하는 동물 모델을 만들었습니다.
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we collapsed them down as one.
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293000
1000
3개의 다리가 하나처럼 움직이도록 하고,
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We got some of the best mathematicians in the world
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294000
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세계적으로 유명한 프린스톤의 수학자들을 불러다가
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from Princeton to work on this problem.
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297000
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이 문제를 해결 하도록 했습니다.
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And we were able to create a model
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299000
3000
우리는 모델을 만들 수 있었는데
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where animals are not only bouncing up and down,
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302000
1000
그 동물들은 상하로 뛸 수 있을 뿐만 아니라
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but they're also bouncing side to side at the same time.
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303000
4000
동시에 좌우로도 뛸 수 있었습니다.
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And many organisms fit this kind of pattern.
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307000
2000
그리고 많은 생물체들은 이러한 패턴을 따릅니다.
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Now, why is this important to have this model?
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309000
2000
이 모델을 가지는 것이 왜 중요한 것일까요?
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Because it's very interesting. When you take this model
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311000
3000
왜냐하면, 이점이 흥미로운데요,
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and you perturb it, you give it a push,
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314000
3000
이 모델을 불안정하게 하고, 밀고 그러면,
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as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
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317000
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어딘가에 부딪히면서도 스스로 안정된 자세를 취합니다.
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or no reflexes, just by the structure alone.
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321000
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뇌도 없고, 반사신경도 없지만, 그냥 그 구조 스스로 해냅니다.
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It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
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325000
5000
정말 아름다운 모델이에요. 수학공식을 한번 보시죠.
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(Laughter)
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330000
2000
(웃음)
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That's enough!
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넘어가죠.
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(Laughter)
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333000
4000
(웃음)
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The animals, when you look at them running,
90
337000
2000
동물들이 뛰는 것을 관찰하면,
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appear to be self-stabilizing like this,
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339000
3000
기본적으로 용수철 같은 다리를 이용해서
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using basically springy legs. That is, the legs can do
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342000
3000
이렇게 스스로 안정된 자세를 취하는 듯이 보입니다.
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computations on their own; the control algorithms, in a sense,
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345000
3000
그 것은 바로 동물안에 특정한 형태로 내재되어 있는 감각제어
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are embedded in the form of the animal itself.
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348000
3000
알고리즘을 통해서 다리 스스로가 계산을 하는 것입니다.
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
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351000
7000
우리는 왜 자연과 이러한 발견들에 좀 더 영감을 받지 못했던 걸까요?
06:16
Well, I would argue that human technologies are really different from
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358000
4000
제가 말할 수 있는 건, 인간 기술은 자연의 기술과는 전혀 다른 형태를 띱니다.
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natural technologies, at least they have been so far.
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3000
적어도 지금까진 그렇죠.
06:23
Think about the typical kind of robot that you see.
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365000
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여러분이 일반적으로 보는 전형적인 로봇을 생각해 봅시다.
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Human technologies have tended to be large, flat,
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370000
3000
인간의 기술은 크고, 납작하고, 정확한 각도를 유지하고,
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with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
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373000
5000
단단하고, 금속성으로 만드는 경향이 있죠. 전동장치와 차축도 있어야 하고요.
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and axles. There are very few motors, very few sensors.
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378000
3000
모터는 적게 쓰고, 센서도 많지 않습니다.
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Whereas nature tends to be small, and curved,
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381000
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반면에, 자연이 만든 것은 작고, 유선형입니다.
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
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386000
3000
그리고 굽힐 수도 있고, 비틀기도 하고, 다리도 길거나 짧습니다.
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and has many muscles and many, many sensors.
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3000
그리고 많은 근육과 정말 정말 많은 센서를 갖고 있죠.
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So it's a very different design. However, what's changing,
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392000
4000
정말 완전히 다른 디자인이죠. 하지만, 바뀌고 있는 것은,
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what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
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396000
2000
그리고 정말로 재미있는 것은 -- 잠시후에 몇가지 예를 보여드릴텐데요--
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is that as human technology takes on more of the characteristics
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398000
3000
인간의 기술이 자연의 특성을 점점 더 많이 받아 들이고 있다는 것입니다.
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of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
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401000
6000
진정 자연이야말로 가장 훌륭한 선생님인 것이죠.
07:05
And here's one example that's really exciting.
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407000
2000
정말로 재미있는 것의 한 가지 예가 이것입니다.
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This is a collaboration we have with Stanford.
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409000
2000
스탠포드 대학교와 공동으로 작업한 것인데요.
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And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
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411000
4000
그 대학에서는 형상침착제조법(SDM)이라는 새 기술을 개발했습니다.
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It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
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415000
4000
이 기술은 재료들을 섞어서 원하는 어떤 형태로 만들고
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that they like, and put in the material properties.
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419000
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그리고 거기에 재료의 물성을 부여하는 기술입니다.
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They can embed sensors and actuators right in the form itself.
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423000
3000
그렇게 만들어진 형태안에 센서와 구동장치를 집어 넣을 수 있게 되죠.
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For example, here's a leg: the clear part is stiff,
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426000
5000
예를 들어, 여기 이 다리 -- 투명한 부분은 단단하고,
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the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
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431000
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흰 부분은 유연해서, 그부분에 다른 어떤 축도 필요하지 않습니다.
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It just bends by itself beautifully.
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434000
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스스로 예쁘게 구부러지죠.
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So, you can put those properties in. It inspired them to show off
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437000
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그래서 여기에 속성을 넣을 수도 있습니다.
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this design by producing a little robot they named Sprawl.
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이 기술로 Sprawl이라는 이름의 작은 로봇을 생산하는 디자인을 선보이기도 했습니다.
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Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
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446000
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이 작업은 다른 로봇제작에도 영향을 주었는데, 미시건대학과 맥길대학에서 만든
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from the University of Michigan and McGill
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생물학적 특성을 반영한 뛰는 로봇인
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named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
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452000
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RHex라는 이름의 곤충로봇이 그것입니다. 이것은 스스로 움직이죠.
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
비디오를 통해 이 동물들의 움직임을 보여드리겠습니다.
08:01
and then some of the simple robots
124
463000
2000
그리고 우리들이 발견한 것들에 기초하여 만들어진
08:03
that have been inspired by our discoveries.
125
465000
3000
단순한 로봇 몇 개를 보여드리겠습니다.
08:06
Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
126
468000
4000
여기 계신 몇몇 분들이 오늘 아침에 하셨겠죠. 물론 러닝 머신은 아니고
08:10
not on a treadmill.
127
472000
2000
밖에서 하셨겠지만요.
08:12
Here's what we do.
128
474000
3000
이게 우리가 하는 일입니다.
08:15
(Laughter)
129
477000
2000
(웃음)
08:17
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
130
479000
5000
이건 해골 바퀴벌레 -- 이건 미국 바퀴벌레
08:22
you think you don't have in your kitchen.
131
484000
1000
여러분의 부엌에는 없을 거라 생각하시겠죠.
08:23
This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
132
485000
7000
이건 다리 8개의 전갈, 다리 6개의 개미, 그리고 44개의 다리를 가진 지네입니다.
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
133
492000
3000
이런 동물들이 모두 스카이 콩콩처럼 움직인다고 말씀드렸었죠 --
08:33
they're bouncing along as they move. And you can see that
134
495000
4000
모두 움직이면서 튀고 있고, 지금 보시는 것처럼
08:37
in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
이 파나마와 북캐롤라이나의 해변에서 온 유령게도 마찬가지입니다.
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
뛸 때의 속도가 초속 4미터까지 올라가죠.
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
사실 이것은 공중으로 뛴 후, 허공에 잠시 머물러 있는 동작입니다.
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
말처럼요. 여기 이렇게 튀어 오르는게 보이시죠.
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
우리는 리처드 같은 사람의 다리나, 바퀴벌레의 것이나,
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
게의 것이나, 캥거루의 것이나.. 지금까지 보아온 모든 것의
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
다리의 상대적인 스프링 강성은 모두 동일하다는 것을 알아냈습니다.
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
스프링 같은 다리의 장점은 무엇이고, 무엇을 할 수 있는 걸까요?
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
우리는 그것이 동물들에게 더 나은 안정성과
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
기동성을 주는지 알아 보고 싶었습니다.
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
그래서 우리는 관찰하고자 하는 동물 높이의 3배나 되는
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
장애물지역을 만들어 관찰했습니다.
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
당연히 넘지 못하리라 예상했지만, 그들이 해낸 결과를 보시죠.
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
동물은 장애물을 뛰어 넘었고, 심지어 감속하지도 않았습니다.
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
달리던 속도를 전혀 줄이지 않았습니다.
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
우리는 그것이 그렇게 할 수 있다는 것을 믿지 않았습니다.
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
이 결과가 시사하는 것은, 만약 로봇에게 매우 간단한 스프링 같은 다리를 만들어준다면,
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
지금까지의 어떤 것보다도 방향 조종이 쉬운 로봇을 만들 수 있다는 것이었습니다.
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
그 첫 번째 예가 바로, 스탠포드대학의 형상침착제조법(SDM)을
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
활용해서 만든 Sprawl이라는 이름의 로봇입니다.
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
6개의 다리가 있고 -- 조정된 스프링 다리들입니다.
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
곤충의 걸음걸이 그대로 움직이는데요,
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
이제 러닝머신 위에 올라가네요. 여기서 이 로봇에 대해 중요한 점은,
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
다른 로봇들과는 달리, 아무것도 볼 수 없고,
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
아무것도 느낄 수 없고, 뇌도 없지만, 장애물들을 피해
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
움직이는 데에 아무런 어려움이 없다는 겁니다.
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
이것이 바로 어떠한 형태에 속성을 부여하는 기술입니다.
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
이것은 한 대학원생이 학위논문 프로젝트로 만들고 있는 것인데요,
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
사실, 대학원생의 학위논문 프로젝트치고는
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
좀 힘든 과제죠.
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
(웃음)
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
이것은 맥길과 미시칸 대학에서 만든, RHex 인데,
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
첫번째 데모 실험을 하는 겁니다.
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
(웃음)
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
같은 원리입니다. 움직이는 부분은 단 6군데 입니다.
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
6개의 모터, 하지만 스프링같은 잘 조절된 다리가 있습니다. 곤충의 걸음걸이처럼 움직이죠.
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
가운데 다리가 반대쪽의 앞다리, 뒷다리와 동시에 같이 움직이죠.
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
다리 세 개씩 서로 교차하면서 움직인다고 보시면 됩니다.
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
그리고 진짜 동물들처럼 장애물을 넘어다닐 수 있습니다.
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
(웃음)
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
[세상에!]
11:08
(Applause)
176
650000
5000
(박수)
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
다른 지면에서도 거침없습니다, 여기는 모래네요,
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
아직 발을 완성하지는 못했지만, 나중에 알려드리겠습니다.
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
RHex가 숲으로 들어가네요.
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
(웃음)
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
다시 말하지만 이 로봇은 아무것도 볼수 없고, 아무것도 느낄 수 없고, 뇌도 없습니다.
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
이것은 단지 조절된 기계 시스템과 매우 단순한 부품들로만 동작합니다.
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
하지만 이것은 동물들의 기본적 움직임으로부터 영감을 받은 것입니다.
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
[아, 저거 괜찮은데요, Bob.] 이제 길목을 지나가네요.
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
저는 이것을 NASA의 제트추진연구소에서 발표한 적이 있는데요,
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
그들 말이, 자기들 장비로는 화성의 얼음이나 생명체를 찾기위해
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
분화구 속을 내려갈 능력이 없다고 하더군요.
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
특히 분화구 지면이 너무 복잡해서, 다리 달린 로봇의 경우는 불가능하다구요.
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
그래서 다음으로 제가 얘기했죠. 그들을 설득하기 위해서
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
RHex의 간단한 디자인을 소개한 동영상을 보여주며,
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
우리가 2011년에는 화성으로 가야 한다고요. 영상이 주황색인 이유는
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
화성에 온 것 같은 느낌을 주기 위해 그런거에요.
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
(웃음)
12:35
(Applause)
194
737000
6000
(박수)
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
동물들이 어디든 갈 수 있는 이 놀라운 능력을 갖게 된 이유는,
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
그들이 환경과 효과적으로 상호작용하기 때문입니다.
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
다음으로 여러분에게 보여드릴 동물은
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
우리가 연구했던 도마뱀입니다.
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
여기 한 마리 있는데요. 자세에 주목하세요. 딱 붙어있죠.
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
그럼, 문제 하나 드리지요. 비디오를 하나 보여드리겠습니다.
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
이 도마뱀 중 하나는 수평을 달리는 거고,
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
하나는 벽을 타고 오르는 겁니다. 구별하실 수 있겠어요?
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
도마뱀은 초당 1미터를 움직이는데요. 왼쪽도마뱀이 벽을 기어오른다고 생각하는 분은
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
몇 분이나 되시나요?
13:19
(Applause)
205
781000
4000
(박수)
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
좋습니다. 이 시점에서는 매우 분간하기 힘들지요, 그렇죠? 정말 놀랍습니다.
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
학생들에게도 같은 질문을 했었는데 그들도 분간을 못하더군요.
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
도마뱀은 초당 1m 속도로 벽을 오르고, 15걸음을 걷지만,
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
여전히 수평으로 뛰는 것처럼 보입니다. 어떻게 하는 걸까요?
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
정말 경이롭습니다. 사실 오른쪽에 있는게 벽을 오르는 겁니다.
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
얘들이 이걸 어떻게 하냐하면 -- 그들은 특이한 발가락을 가지고 있습니다 -- 이들의 발가락은
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
입으로 불면, 무슨 파티에서 선물 나눠주듯 무언가를 풀어내는데,
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
그리고 표면에 테이프 처럼 얇게 벗겨냅니다.
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
만약 우리가 테이프가 있다면 이런 식으로 벗겨내겠지요.
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
것을 발가락으로 하는 겁니다. 정말 특이하죠.
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
iRobot사는 이 동작에 힌트를 얻어서 Mecho-Gecko 로봇을 만들었습니다.
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
다리를 단 버전과 견인차 버전, 또는 불도저 버전이 있죠.
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
도마뱀들의 움직임을 담은 영상 몇개를 본 후,
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
로봇들을 잠깐 보여드릴께요.
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
이건 수직면을 뛰어가는 도마뱀입니다. 지나갔죠,
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
실시간입니다. 또 지나갔네요. 아무래도 좀 느리게 해야겠어요.
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
그냥 보통 카메라로는 안됩니다.
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
이걸 보려면 초당 1,000장의 사진을 찍어야 하는데요
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
여기 1초당 1,000프레임의 비디오를 보시죠.
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
여기서 이 동물의 등을 주목하셨으면 합니다.
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
등이 휘어지는 게 보이죠? 우리는 아직 그 이유를 찾지못했습니다.
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
아직 풀지 못한 미스테리입니다. 저 동작이 무슨 역할을 하는지 몰라요.
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
만약 여러분의 자녀들이 버클리대에 가려한다면,
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
제 연구실에서 함께 해결하면 좋겠네요. 자, 버클리로 보내세요.
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
제 다음목표가 그 이유를 찾는 겁니다. 이건 도마뱀 러닝머신 이구요.
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
(웃음)
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
투명한 벨트로 만든 러닝머신인데요,
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
동물들의 발을 볼 수 있어서, 비디오 녹화를 한후
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
어떻게 움직이나 관찰할 수 있습니다.
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
지금 보시는 동물은 수직면을 달리고 있는데,
15:08
Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing.
236
890000
6000
다리 하나를 골라 발가락을 유심히 보시면, 뭘 하는지 볼 수 있습니다.
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
그것이 이 발가락들을 펴고, 벗어내는 것을 보세요.
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
이 동작을 0.014초만에 할 수 있습니다. 놀랍죠.
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
이것을 바탕으로 만든, iRobot사의 Mecho-Gecko입니다.
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
먼저 발가랏을 벗겨내는 동작을 보시죠 -- 저거 좀 보세요.
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
그리고 이것이 Mecho-Gecko의 벗겨내기 동작입니다.
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
로봇은 압력감지 접착기를 이용합니다.
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
동물의 벗겨내기 동작과, Mecho-Gecko의 벗겨내기 동작입니다.
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
평평한 면도 스스로 타고 올라갈 수 있고,
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
벽에서도 이동하고, 천장도 갈 수 있습니다.
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
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930000
6000
이건 불도저 버전입니다. 이건 압력감지 접착기를 이용하지 않습니다.
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
동물은 그것을 사용하지 않죠.
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
하지만 여기서 한계점에 봉착합니다.
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
동물은 어떻게 하나요? 동물은 이상한 발가락을 갖고 있죠,
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
그리고 발가락을 보시면, 여기 작은 덧판들이 있고,
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
더 크게 확대해서 보면,
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
이 덧판들에는 작은 줄무늬들이 있습니다.
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
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954000
7000
270배 확대하면, 무슨 양탄자처럼 생겼습니다.
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
더 크게, 900배 확대해보면,
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
거기에 털들이 있는데, 작은 털들이죠. 그걸 자세히 보면
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
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969000
6000
그 작은 털들에도 줄무늬가 있습니다. 이걸 30,000배 확대하면,
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
각 털 끝이 두 갈래로 나눠져 있습니다.
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
크게 보면, 끝에 작은 구조들이 있음을 알 수 있습니다.
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
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983000
2000
털의 가장 작은 가지는 주걱 처럼 생겼고
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
한마리가 이런 나노크기의 갈라진 끝을 10억개나 가지고 있기 때문에,
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
벽에 달라붙는겁니다. 이게 여러분 머리카락의 직경이고,
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
도마뱀은 이런 털을 200만개 가지고 있고, 각 털은 100개에서 1000개의 갈래를 가집니다.
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
그것들이 붙어있는걸 상상해보세요. 충분히 가능하죠.
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
운 좋게도, 스탠포드의 또 다른 연구진이
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
우리를 위해 특별한 수동센서를 만들어 주어서
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
털 하나의 힘을 측정 할 수 있었습니다.
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
267
1013000
5000
여기 많지 않은 갈래끝을 가진 털 한가닥이 있는데요,
17:16
When we measured the forces, they were enormous.
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1018000
2000
이것의 힘을 측정해보면, 엄청난 힘을 발휘했습니다.
17:18
They were so large that a patch of hairs about this size --
269
1020000
3000
이 정도 크기의 털로도 힘이 너무나 세서,
17:21
the gecko's foot could support the weight of a small child,
270
1023000
4000
도마뱀의 발바닥이라면 약 18kg의 작은 어린아이도
17:25
about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
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1027000
4000
들 수 있을 겁니다. 이게 어떻게 가능할까요?
17:29
We've recently discovered this. Do they do it by friction?
272
1031000
4000
우린 최근에야 그 이유를 알아냈습니다. 마찰을 이용하는 걸까요?
17:33
No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
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1035000
3000
아니요, 힘이 너무 약해요. 그럼 정전기를 이용하는 걸까요?
17:36
No, you can change the charge -- they still hold on.
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1038000
2000
아니요, 전하를 바꿔도, 그들은 계속 붙어 있습니다.
17:38
Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
275
1040000
3000
서로 맞물리게 하는 걸까요? 벨크로 접착포 같은 거 말이죠.
17:41
No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
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1043000
3000
아니요, 도마뱀은 정말 매끈한면에도 달라붙습니다. 답이 아니죠.
17:44
How about suction? They stick on in a vacuum.
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1046000
4000
흡착하는 걸까요? 아뇨, 진공에도 달라붙습니다.
17:48
How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
278
1050000
3000
수분 접착일까요? 아니면 모세관 접착일까요?
17:51
They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
279
1053000
3000
그들은 어떤 접착제도 없고, 심지어 물에서도 잘 붙어 있습니다.
17:54
If you put their foot under water, they grab on.
280
1056000
2000
다리를 물에 담궈도, 잘 잡습니다.
17:56
How do they do it then? Believe it or not, they grab on
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1058000
4000
그럼 어떻게 하는 걸까요? 믿거나 말거나, 도마뱀들은
18:00
by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
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1062000
4000
분자간의 힘을 이용합니다. '반 데르 발스 힘'이라는 건데요.
18:04
You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
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1066000
2000
아주 오래전에 화학시간에 배우셨을텐데 --
18:06
where you had these two atoms, they're close together,
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1068000
2000
가까이 있는 두개의 원자가 있고,
18:08
and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
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1070000
3000
전자가 주변을 돌고 있습니다. 그 때 발생하는 작은 힘으로도
18:11
to allow them to do that because it's added up so many times
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1073000
3000
벽에 달라붙기에 충분하죠. 왜냐하면 이 작은 구조안의 힘들이
18:14
with these small structures.
287
1076000
3000
엄청나게 모여 더해지기 때문입니다.
18:17
What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
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1079000
5000
우리가 하고 있는 일은, 이 털들을 모방해서,
18:22
and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
289
1084000
5000
버클리의 다른 연구진들과 제품을 만들어내고 있습니다.
18:27
And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
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1089000
3000
그리고 최근에 우리는 돌파구를 마련했는데, 세계최초로
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we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
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1092000
5000
자정기능을 가진 합성 건식 접착제를 만들어 낼 것이라 믿습니다.
18:35
dry adhesive. Many companies are interested in this.
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1097000
5000
많은 기업들이 이것에 관심을 보이고 있어요.
18:40
(Laughter)
293
1102000
3000
(웃음)
18:43
We also presented to Nike even.
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1105000
2000
심지어 나이키에도 발표 했습니다.
18:45
(Laughter)
295
1107000
3000
(웃음)
18:48
(Applause)
296
1110000
6000
(박수)
18:54
We'll see where this goes. We were so excited about this
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1116000
3000
이걸 어떻게 발전시키는지 보시죠. 이것도 참 재밌는데요.
18:57
that we realized that that small-size scale --
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1119000
3000
우리가 알고 있는 것은 이 정도로 작은 크기이면서도
19:00
and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
299
1122000
3000
어디에나 달라 붙고, 중력따위는 더이상 문제가 되지 않습니다,
19:03
we needed to look at ants and their feet, because
300
1125000
3000
바로 개미와 그것의 발을 관찰할 필요가 있는데요, 왜냐하면
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one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
301
1128000
5000
버클리의 제 동료 하나가, 다리를 가진 6mm짜리 실리콘 로봇을 만들었습니다.
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robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
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1133000
3000
그런데 아직까지는 장애물에 걸리면, 잘 움직이지 못합니다.
19:14
But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
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1136000
3000
하지만 개미들은 가능하죠. 우리는 이 문제를 해결해서,
19:17
we'll make this move. And imagine: you're going to be able
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1139000
3000
언젠가는 움직이게 할 것입니다. 그리고 한번 상상해보세요.
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to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
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1142000
5000
이 6mm 로봇 무리들이 주변을 돌아다니는 겁니다.
19:25
Where's this going? I think you can see it already.
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1147000
3000
앞으로 어떤 일들이 벌어질까요? 이미 보고 계신데요.
19:28
Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
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1150000
4000
틀림없이 인터넷은 이미 눈과 귀를 가지고 있습니다.
19:32
you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
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1154000
4000
웹캠 같은 것들이죠. 하지만 다리와 팔도 갖게 될 겁니다.
19:36
You're going to be able to do programmable
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1158000
2000
여러분은 이런 종류의 로봇들을
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work through these kinds of robots, so that you can run,
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1160000
4000
프로그래밍할 수 있게 되고, 어디서나 달리고,
19:42
fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
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1164000
9000
날고, 수영할 수 있게 됩니다. 시작할 때 보셨던 David Kelly와 그의 물고기처럼요.
19:51
So, in conclusion, I think the message is clear.
312
1173000
2000
결론으로, 이런 말씀을 드리고 싶습니다.
19:53
If you need a message, if nature's not enough, if you care about
313
1175000
4000
만약 어떤 교훈이 필요하다면, 자연만으로는 부족하다면,
19:57
search and rescue, or mine clearance, or medicine,
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1179000
2000
아니면 수색, 구조작업, 지뢰 제거, 의료분야,
19:59
or the various things we're working on, we must preserve
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1181000
4000
또는 여러분이 속한 다양한 분야에 관심이 있다면,
20:03
nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
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1185000
4000
우리는 자연이 만든 것들을 보존해야 합니다. 그러지 않으면 이 비밀들은 영영 사라질겁니다.
20:07
Thank you.
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1189000
1000
(감사합니다)
20:08
(Applause)
318
1190000
9000
(박수)
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