TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
Robert Full o poruszaniu się zwierząt
Filmed:
Readability: 3.7
890,074 views
Biolog Robert Full dzieli się z nami spowolnionymi filmami pokazującymi urzekające stworzenia. Spogląda z bliska na kolczaste nogi pozwalające karaluchowi truchtać po siatce, oraz na pokryte nanoszczeciną stopy gekona, dzięki którym bez trudu biega on po ścianach.
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
Wyobraźcie sobie, że jesteście studentami w moim laboratorium.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
Chciałbym, żebyście stworzyli projekt inspirowany naturą.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
A oto wyzwanie:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
pomóżcie mi stworzyć trójwymiarowy, ruchomy, sparametryzowany model kontaktu z podłożem.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
Mówiąc krótko, czy pomożecie mi zbudować stopę?
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
To prawdziwe wyzwanie, i naprawdę chcę
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
żebyście mi pomogli. Oczywiście jest i nagroda.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
Nie jest to może TED Prize, ale koszulka naszego laboratorium.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
Proszę więc o wysyłanie pomysłów.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
Co powinniśmy zrobić, aby zaprojektować stopę?
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
Musimy dowiedzieć się, czym jest stopa.
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
Jeśli poszukamy w słowniku, znajdziemy, że: "Jest to zakończenie nogi
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
będące w kontakcie z ziemią podczas stania lub chodzenia".
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
To tradycyjna definicja.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
Ale gdybyście chcieli zbadać to dogłębnie, co należałoby zrobić?
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
Musicie znaleźć w literaturze wiadomości na temat stóp.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
Więc szukacie. (Śmiech)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
Może już znacie tę literaturę.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
Problem w tym, że jest wiele, wiele rodzajów stóp.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
Jak to zrobicie?
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
Musicie przejrzeć wszystkie stopy i odnaleźć zasady ich działania.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
Chciałbym żebyście pomogli mi to zrobić w następnym klipie.
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
Podczas oglądania, poszukajcie tych zasad
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
i pomyślcie nad eksperymentami, które możecie przeprowadzić
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
by zrozumieć, jak działa stopa.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
Widzicie jakieś wspólne motywy? Zasady?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
Co byście zrobili?
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
Jakie eksperymenty byście przeprowadzili?
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
Wow. (Aplauz)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
Nasze badania na temat biomechaniki poruszania się zwierząt
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
pozwoliły nam na stworzenie projektu stopy.
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
Jest to projekt inspirowany naturą, nie będący jednak kopią żadnej z obejrzanych właśnie stóp,
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
ale to synteza sekretów wielu, wielu stóp.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
Okazuje się, że zwierzęta mogą pójść gdziekolwiek.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
Jak widzieliście, mogą się poruszać po podłożach różniących się
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
pod względem prawdopodobieństwa kontaktu, ruchliwości samej powierzchni
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
jak i zapewnianych możliwościach podparcia.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
Jeśli chcemy dowiedzieć się, jak działa stopa
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
musimy wpierw zasymulować te podłoża.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
Kiedy to zrobiliśmy, przeprowadziliśmy nowy eksperyment:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
wzięliśmy zwierzę i skłoniliśmy do biegania - tego pająka -
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
po obszarze z usuniętymi 99% powierzchni kontaktowej.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
Ale to nawet go nie spowolniło.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
Dalej biegnie z prędkością odpowiadającą 300 milom na godzinę w wykonaniu człowieka.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
Jak to możliwe? Spójrzmy dokładniej.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
Jeśli spowolnimy 50 razy, zobaczymy, jak noga uderza o powierzchnię.
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
Noga odgrywa rolę stopy.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
W rzeczywistości, zwierzę stąpa innymi częściami nogi
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
częściej niż tradycyjnie definiowaną stopą.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
Stopa jest rozszerzona na całą nogę.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
Możecie przeprowadzić kolejny eksperyment, w którym weźmiecie zdrowego karalucha
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
i usuniecie jego stopę.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
Posyłam zatem kilka karaluchów. Spójrzcie na ich stopy.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
Oto co robi bez stopy; nawet nie zwalnia.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
Może biec z tą samą prędkością nawet bez tego segmentu.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
To żaden problem dla karalucha - nie ma się co przejmować, ich stopy odrastają.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
Jak one to robią?
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
Przyjrzyjcie się uważnie, to jest stukrotnie spowolnione,
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
i obserwujcie co karaluch robi z resztką swojej nogi.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
Ponownie odgrywa ona rolę zastępczej stopy.
05:17
very effective.
60
305000
2000
Bardzo efektywne.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
Pytanie: jak bardzo powszechny jest ten mechanizm?
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
Następne zachowanie, które pokażę, po prostu wstrząsnęło nami, kiedy zobaczyliśmy je pierwszy raz.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
Do dziennikarzy, to jest informacja poufna i nieoficjalna -
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
spójrzcie na to!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
To "dwunożna" ośmiornica, kamuflująca się pod postacią toczącego się kokosa.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
Zostało to odkryte przez Christinę Huffard,
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
i nakręcone przez Sea Studios z tutejszego Monterey.
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
My opisaliśmy inny gatunek dwunożnej ośmiornicy.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
Ta maskuje się jako unosząca się alga.
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
Chodzi na dwóch nogach, a resztę trzyma w górze, aby pozostać niewidocznym.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(Aplauz)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
Spójrzcie co robi ze swoimi nogami by przejść przez trudny teren.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
Używa do podparcia całej kończyny, i radzi sobie jak gdyby przeszkody w ogóle nie było.
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
Naprawdę niezwykłe.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
W 1951r., Escher stworzył ten rysunek. Myślał, że stworzył zwierzęcą fantazję.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
Ale wiemy, że sztuka imituje życie
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
i okazuje się, że w naturze już 3 mln lat temu wyewoluowało nasze następne zwierzę.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
To krewetkopodobne zwierzę, zwane ustonogiem,
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
a oto jak porusza się po plażach Panamy.
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
W zasadzie toczy się, potrafi to robić nawet pod górę.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
To ekstremalny przykład zastępczej stopy: całe ciało spełnia jej zadania.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
Jeżeli chcemy więc do naszego projektu dodać pierwszą ważną cechę,
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
musimy zapewnić rozszerzoną możliwość kontaktu z podłożem.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
Nie tylko za pomocą tradycyjnej stopy, ale również całej nogi,
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
a nawet reszty ciała.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
Czy pomoże nam to w projektowaniu nowatorskich robotów?
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
Ten inspirowany biologicznie robot, zwany RHex,
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
został zbudowany przez nadzwyczajnych inżynierów w ciągu ostatnich kilku lat.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
Początkowo stopa RHexa była całkiem prosta,
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
lecz z czasem, po wielu modyfikacjach, przekształciła się w to półkole.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
Dlaczego? To wideo wam pokaże.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
Obserwujcie umiejscowienie punktów podparcia nóg podczas chodzenia w bardzo trudnym terenie.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
Zobaczycie, że faktycznie robot używa całych półkolistych nóg jako rozszerzonych stóp.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
Patrzcie jak przechodzi przez to.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
Widać to dobrze na tych belkach.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
To nadzwyczajne. Żadnych czujników, całe sterowanie jest oparte o te nogi.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
Naprawdę proste, ale piękne.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
Mogliście wcześniej zaobserwować coś jeszcze,
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
kiedy zwierzęta przebiegały przez wyboisty teren.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
Teraz pomoże mi mój asystent.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
Kiedy dotknąłeś nogi karalucha... - Możecie mu podać mikrofon?
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
Kiedy dotknąłeś nogi karalucha, co czułeś?
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
Czy zauważyłeś coś szczególnego?
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
Chłopak: Kłujący.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
Robert Full: Kłujący, prawda? Tak jakby trochę bolało.
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
Może damy go naszemu kuratorowi i zobaczymy, czy jest na tyle odważny, by go dotknąć.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(Śmiech)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
Chris Anderson: A ty go dotknąłeś?
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
RF: Jeśli dokładniej się przyjrzycie, zobaczycie, że mają kolce,
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
i jeszcze kilka tygodni temu nikt nie wiedział, po co im one.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
Przyjmowano, że służą do obrony i stanowią struktury czuciowe.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
My odkryliśmy coś jeszcze. Oto segment tego kolca.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
Okazuje się, że kolce z łatwością układają się w jednym kierunku,
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
aby umożliwić wyjęcie nogi ze szczeliny,
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
za to nie odkształcają się w przeciwnym kierunku, zaczepiając się o nierówności powierzchni.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
Kraby nie miały problemów ze znajdywaniem stabilnego podparcia na piasku -
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
dopóki nie pojawiły się w naszym laboratorium.
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
Tutaj zaczęły mieć problemy z tego rodzaju siatką,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
ponieważ nie mają kolców.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
Krabom brakuje kolców, więc mają problem z tego typu trudnym terenem.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
Ale my oczywiście możemy sobie z tym poradzić,
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
ponieważ możemy wyprodukować sztuczne kolce.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
Możemy stworzyć kolce chwytające siatkę,
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
i składające się przy ciele, co ułatwia wyjmowanie ich ze szczelin.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
Zrobiliśmy to, zakładając te sztuczne kolce krabom,
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
tak jak tu widzicie, i następnie poddaliśmy je testom.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
Czy naprawdę zrozumieliśmy zasadę działania kolców? Odpowiedź brzmi: tak!
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
To jest spowolnione dwudziestokrotnie; krab po prostu pędzi po przygotowanej przez nas siatce.
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(Śmiech) (Aplauz)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
Przewyższyliśmy o odrobinę naturę.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
Więc do naszego projektu musimy dodać składające się kolce.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
Czy pomoże nam to w projektowaniu bardziej efektywnych robotów potrafiących się wspinać?
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
Cóż, mamy tu RHexa - RHex ma problemy z szynami - takimi śliskimi szynami, jak tu widzicie,
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
Dlaczego więc nie zamontować kolców? Zrobili to moi koledzy z Uniwersytetu Pensylwanii.
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
Dan Koditschek przyczepił do robota trochę stalowych igieł - bardzo proste rozwiązanie -
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
i teraz RHex bez problemu potrafi przejść przez tą stalową szynę.
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
Jak on to robi?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
Spowolnijmy trochę, żebyście mogli zobaczyć kolce w akcji.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
Obserwujcie krążącą nogę, i zobaczycie że zahacza się właśnie dzięki nim.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
Wcześniej nie było to możliwe, noga ześlizgiwała się za każdym razem.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
Zobaczcie jeszcze raz - teraz już robot może przejść.
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
Jednak nawet posiadanie rozszerzonych stóp i kolców
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
nie umożliwia wspinania się po pionowych powierzchniach.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
Jest to naprawdę bardzo, bardzo trudne.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
Ale zobaczcie, to zwierzę to potrafi!
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
To, które pokazuję, wspina się właśnie po pionowej powierzchni - gładkiej metalowej płycie.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
To niesamowite, jak szybko potrafi to robić,
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
ale jeśli trochę spowolnimy, zobaczycie coś naprawdę niezwykłego.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
To sekret. To zwierzę skutecznie wspina się ślizgając - zobaczcie:
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
radzi sobie okropnie, jeśli chodzi o chwytanie się powierzchni.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
Wygląda to, jakby zwierzę płynęło w górę.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
Zachowanie to faktycznie lepiej zaklasyfikować jako płynięcie, a nie chodzenie.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
Rozszerzona stopa działa praktycznie jak płetwa.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
To samo można zaobserwować u tej jaszczurki biegającej po sypkim piasku.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
Obserwujcie jej stopy.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
Funkcjonują podobnie do płetw,
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
nawet jeśli stykają się z podłożami zazwyczaj traktowanymi jako ciała stałe.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
Nie różni się to niczym od odkrycia mojej byłej studentki,
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
która zaobserwowała jaszczurki potrafiące biegać po powierzchni wody.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
Czy możecie użyć tego do budowy lepszych robotów?
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
Martin Buehler - pracujący obecnie w Boston Dynamics -
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
skorzystał z tych obserwacji, i z RHexa stworzył Aqua RHexa.
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
Mamy więc RHexa z płetwami,
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
który okazał się być niezwykle zwrotnym robotem pływającym.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
W trudnym terenie zwierzęta stosują dodatkowo pazury.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
Mogłeś je zapewne wyczuć, jeżeli je dotknąłeś.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
Wyczułeś je?
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
CA: Ja wyczułem.
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
RF: Pazury znakomicie przydają się do chwytania się podłoża.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
Mark Cutkosky ze Stanford University, jeden z moich współpracowników, jest niezwykłym inżynierem,
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
który rozwinął technikę zwaną Shape Deposition Manufacturing,
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
dzięki której może osadzać pazury wprost w sztucznej stopie.
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
Tutaj mamy prostą wersję stopy nowego robota; pokażę go wam za chwilę.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
Dodajmy więc do naszego schematu pazury.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
Zauważmy, że w celu osiągnięcia pełnej ruchliwości na każdej powierzchni
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
zwierzęta używają mechaniki hybrydowej
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
na którą składają się pazury, kolce, włosy, opuszki, klej, przyleganie kapilarne
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
i cała masa innych rzeczy.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
Wszystkie występują u różnych owadów.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
Mamy tu mrówkę wspinającą się po pionowej ścianie.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
Przyjrzyjmy się jej.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
To jest stopa mrówki. Możecie zobaczyć włosy i pazury, i tą rzecz pośrodku.
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
Tak to wygląda, gdy stopa jest w powietrzu.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
Obserwujcie, co dzieje się, gdy stopa ląduje na waszej kanapce.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
Zauważyliście?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
Pojawia się opuszka, i na niej znajduje się klej.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
Tutaj widzimy stopę mrówki od spodu.
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
Kiedy pazury nie zakopują się, opuszka jest automatycznie wysuwana, bez interwencji mrówki.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
Po prostu jest wypychana.
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
To było trudne do zdobycia ujecie - myślę, że pokazuje stopę mrówki na superstrunach,
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
więc faktycznie trudno je było nakręcić.
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
Tak to wygląda z bardzo bliska -
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
tu jest stopa mrówki, a tu jest klej.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
Odkryliśmy, że ten klej może być ciekawą dwufazową miksturą.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
Zdecydowanie pomaga ona w utrzymaniu się.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
Zatem do naszego projektu dokładamy klejące się opuszki.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
Moglibyście pomyśleć, że to stąd czerpiemy wzorce przy problemie gładkich powierzchni.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
Mamy jednak w zanadrzu coś lepszego.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
Gekon jest świetnym przykładem naturalnej nanotechnologii.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
To są jego stopy.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
Wyglądają niemal kosmicznie. A sekret ich przylegania
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
kryje się w włoskowatych palcach.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
Gekony mogą biegać z prędkością metra na sekundę,
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
robiąc 30 kroków w trakcie tej sekundy - niemal ich nie widać
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
Jeżeli spowolnimy nagranie, zobaczymy, że kładą stopę w ciągu 8 milisekund,
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
i podnoszą ją przez 16 milisekund.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
Zobaczmy, jak one to robią - wygląda to przedziwnie.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
Odrywają je od powierzchni, tak jak my odrywalibyśmy kawałek taśmy.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
Bardzo dziwne. Jak one się trzymają?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
Jeżeli przyjrzycie się ich stopom, dostrzeżecie liściopodobne struktury zwane linalae
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
z milionami włosów.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
A wszystkie te włosy mają koszmarnie rozdwojone końcówki.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
Mają setki do tysięcy rozdzielonych końcówek,
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
i to jest ten sekret, ponieważ pozwala na bezpośredni kontakt.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
Gekon posiada miliard tych 200-nanometrowych rozdwojonych końcówek.
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
Nie przyklejają się one dzięki klejowi, nie chwytają na rzep, ani poprzez przyssanie.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
Odkryliśmy, że działają dzięki siłom międzycząsteczkowym.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
Na naszym projekcie pojawiają się maleńkie włosy.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
To odkrycie zainspirowało nas to zaprojektowania pierwszego samoczyszczącego się, suchego przylepca.
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
Patent został zatwierdzony, co bardzo nas cieszy.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
A to jest najprostsza wersja w naturze,
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
tu natomiast próba mojego współpracownika Rona Fearinga
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
stworzenia sztucznej wersji tego suchego przylepca z poliuretanów.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
A tutaj widzimy pierwsze testy pod obciążeniem.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
Technologia ta generuje ogromne zainteresowanie, w różnych dziedzinach.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
Z pewnością można wymyślić tysiące możliwych zastosowań.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
Wielu ludzi ma takie pomysły, i ekscytuje nas wizja sprzedania tego jako produktu.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
Wyobraziliśmy sobie, na przykład, taki produkt:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
inspirowany biologicznie plaster z opatrunkiem, od którego odjęliśmy klej,
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
a w jego miejsce wstawiliśmy włosy ze skóry gekona.
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
Nałożyliśmy trzy zwoje i w ten sposób otrzymaliśmy plaster.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
To jest student - ochotnik,
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
mamy 30,000 studentów, więc możemy pośród nich przebierać.
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
Tak naprawdę to tylko czerwony pisak.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
Stworzyliśmy nieprawdopodobny plaster.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
Jest napowietrzony, łatwo się zdejmuje, nie podrażnia skóry i działa pod wodą.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
Myślę, że to doskonały przykład tego, jak badania oparte na ciekawości -
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
zastanowiło nas po prostu, jak one się wspinają -
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
może doprowadzić nas do niewyobrażalnych efektów.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
To jeden z przykładów uzasadniających wsparcie dla badań opartych na ciekawości.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
Tak zdejmuje się nasz plaster.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
Tak więc na nowo zdefiniowaliśmy pojęcie stopy.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
Pytanie brzmi - czy potrafimy użyć tych sekretów
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
do zbudowania lepszej stopy, lepszej niż występujące w naturze?
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
To nasz nowy projekt:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
budujemy pierwszego wspinającego się robota ratowniczego - bez przyssawek i magnesów -
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
pozwalających poruszać się tylko po wybranych podłożach.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
Robot nazywa się RiSE, "Robot in Scansorial Environment" - "Robot w Środowisku Wspinaczkowym" -
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
w celu jego stworzenia zebraliśmy niezwykły zespół biologów i inżynierów.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
A oto RiSE.
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
Ma sześć nóg i posiada ogon. Widzimy go na ogrodzeniu oraz na drzewie.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
A to są pierwsze kroki RiSE'a na nachylonym terenie.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
Macie tu dźwięk? Możecie go usłyszeć.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
Tutaj zbliża się, wykonując swoje pierwsze kroki na ścianie.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
Wykorzystuje najprostszą wersję stóp, to bardzo wczesny model.
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
Myślimy jednak, że dynamika robota jest poprawna.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
Mark Cutkosky poszedł jednak krok dalej.
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
To właśnie on potrafi wyprodukować stopy i palce techniką SDM.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
Następnym krokiem jest zrobienie podatnych palców,
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
oraz dodanie kolców, pazurów i suchych przylepców.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
Taki jest pomysł: najpierw zająć się stopami i palcami,
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
sprawić, by umożliwiły one wspinaczkę, i ostatecznie wykorzystać w robocie.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
I to jest dokładnie to, co on zrobił.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
Zdołał zbudować wspinającego się robota zainspirowanego naturą.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
Tu widać niesamowitą konstrukcję Cutkosky'ego i jego studentów.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
To są te ulepszone palce - jest ich sześć.
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
Wykorzystują one zasady i cechy, które omawiałem i nanosiłem na nasz projekt.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
Stopy nie posiadają mechanizmu przysysania ani kleju,
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
i ostatecznie, gdy zostaną przymocowane do robota -
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
inspirowanego biologią zwierząt -
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
być może będzie on w stanie wspinać się po dowolnej powierzchni.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
Tutaj możecie zobaczyć go, jak wspina się po budynku Stanfordu.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
Film jest przyspieszony; przypominam, że robot chwyta się stopami.
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
To nie jest skończona konstrukcja, wciąż nad nią pracujemy -
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
tutaj widać, jak robot się przyczepia.
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
Ulepszona struktura pozwala kolcom, szorstkim opuszkom i szczególnie przylepnym włosom
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
chwytać się bardzo trudnych, wymagających powierzchni.
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
Popatrzcie, co udało im się osiągnąć - film jest przyspieszony dwudziestokrotnie -
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
możecie wyobrazić go sobie próbującego uratować kogoś na wyższych piętrach?
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
Można to sobie wyobrazić, to nie jest już niemożliwe.
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
To ogromne wyzwanie, o którym opowiem kiedy indziej.
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
Podsumowując: odkryliśmy sekrety budowy stopy poprzez szukanie wzorców w naturze.
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
Nauczyliśmy się, że powinniśmy oddać kontrolę małym częściom.
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
Nie opierać się wyłącznie na mózgu,
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
285
1099000
4000
ale przekazać część sterowania stopom, nogom a nawet całemu ciału.
18:35
That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
286
1103000
3000
Natura korzysta z rozwiązań hybrydowych do poradzenia sobie z tymi problemami,
18:38
and they're integrated and beautifully robust.
287
1106000
3000
są one zintegrowane i bardzo wydajne.
18:41
And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
288
1109000
8000
Po trzecie, mocno wierzymy, że nie chcemy wyłącznie naśladować natury, ale poprzez inspirację
18:49
and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
289
1117000
4000
i wykorzystanie tych nowoodkrytych zasad w naszych rozwiązaniach inżynierskich
18:53
to make -- potentially -- something better than nature.
290
1121000
3000
możemy potencjalnie stworzyć rozwiązania lepsze niż występujące w przyrodzie.
18:57
So there's a clear message:
291
1125000
2000
Mówiąc wprost:
18:59
whether you care about a fundamental, basic research
292
1127000
3000
czy zależy nam na prowadzeniu badań podstawowych
19:02
of really interesting, bizarre, wonderful animals,
293
1130000
3000
na naprawdę interesujących, dziwacznych i wspaniałych zwierzętach,
19:05
or you want to build a search-and-rescue robot
294
1133000
1000
czy chcemy zbudować robota poszukiwawczo - ratunkowego,
19:06
that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
295
1134000
3000
który pomoże nam przy trzęsieniu ziemi, albo uratuje kogoś w pożarze,
19:09
or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
296
1137000
5000
czy może zależy nam na medycynie, musimy ochraniać przyrodę.
19:14
Otherwise these secrets will be lost forever.
297
1142000
3000
W przeciwnym razie, jej sekrety zostaną bezpowrotnie stracone.
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
Dziękuję.
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