TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
Роберт Фулл о движении животных
Filmed:
Readability: 3.7
890,074 views
Биолог Робер Фулл демонстрирует замедленное видео некоторых завораживающих существ. Посмотрите на ножки с шипами, которые позволяют тараканам бегать повсюду или на вооружённые нанотехнологиями лапки геккона, который бегает по отвесным стенам.
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
Хочу, чтобы вы представили себя
студентами моей лаборатории.
студентами моей лаборатории.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
Я попрошу вас придумать дизайн,
идею которого вы возьмёте у природы.
идею которого вы возьмёте у природы.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
А задание такое:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
я прошу вас помочь мне
создать 3D, динамическую,
параметризированную модель контакта.
создать 3D, динамическую,
параметризированную модель контакта.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
А перевод всего этого означает:
помогите мне построить ступню.
помогите мне построить ступню.
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
И это, правда, задача из задач,
а вас я прошу мне помочь.
а вас я прошу мне помочь.
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
Конечно, в любом соревновании есть приз.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
Это не совсем приз TED, но это
уникальная майка моей лаборатории.
уникальная майка моей лаборатории.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
Итак, пожалуйста, присылайте свои идеи
как сконструировать ступню.
как сконструировать ступню.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
Значит, если мы хотим разработать ступню,
что нужно сделать?
что нужно сделать?
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
Сначала следует разузнать,
что она есть такое.
что она есть такое.
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
Если мы посмотрим словарь, то он сообщит,
что это нижняя часть ноги,
что это нижняя часть ноги,
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
которая контактирует с землёй
во время ходьбы или стояния.
во время ходьбы или стояния.
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
Это традиционное определение.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
Но, если мы решим провести исследование,
что нужно делать?
что нужно делать?
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
Мы можем обратиться к литературе
и посмотреть, что там сообщается.
и посмотреть, что там сообщается.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
Итак, идём к книжкам. (Смех)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
Возможно, что эта литература вам знакома.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
Проблема в том, что на свете
много-много ступней.
много-много ступней.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
И что же делать?
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
Нужно проанализировать их,
определить принципы их работы.
определить принципы их работы.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
И я прошу вас помочь мне это сделать,
просматривая этот ролик.
просматривая этот ролик.
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
Пока смотрите клип, ищите принципы,
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
думайте об опытах,
которые вы можете сделать,
которые вы можете сделать,
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
чтобы понять, как работает ступня.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
Нашли какие-то общие черты? Принципы?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
И что делать дальше?
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
Какие эксперименты проводить?
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
Ух ты! (Аплодисменты)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
Наше исследование
биомеханики движения животных
биомеханики движения животных
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
позволило нам создать имитацию ступни.
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
Это дизайн, взятый у природы,
но это не копия какой-то
определённой ступни, показанной вам,
но это не копия какой-то
определённой ступни, показанной вам,
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
это соединение секретов
многих и многих разных стоп.
многих и многих разных стоп.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
Выходит, животные могут двигаться везде.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
Они передвигаются
по поверхностям, которые разнятся
по поверхностям, которые разнятся
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
по вероятности контакта со стопой,
по типу движения,
по типу движения,
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
по типу соприкосновения с поверхностью.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
И если вы решите выяснить,
как работает стопа,
как работает стопа,
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
то придётся имитировать
эти поверхности или неровности.
эти поверхности или неровности.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
Вот наш опыт, который мы провели:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
мы пустили животное бежать —
это воронковый паук...
это воронковый паук...
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
на поверхности, 99% которой — дырки.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
Но это никак не замедлило животное.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
Он продолжает бежать со скоростью,
эквивалентной человеческим 480 км в час.
эквивалентной человеческим 480 км в час.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
И как он это делает?
Посмотрите повнимательнее.
Посмотрите повнимательнее.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
Если замедлить его в 50 раз,
то мы увидим, как ноги
отталкиваются от решётки.
то мы увидим, как ноги
отталкиваются от решётки.
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
Нога работает как ступня.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
На самом деле, животное
работает другими частями ноги
работает другими частями ноги
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
больше, чем тем,
что традиционно считается стопой.
что традиционно считается стопой.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
У него ступня распределена
по всей длине ноги.
по всей длине ноги.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
Можно провести другой опыт:
взять таракана со ступнёй
взять таракана со ступнёй
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
и отрезать эту ступню.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
Я запускаю парочку тараканов по залу.
Посмотрите на их лапки.
Посмотрите на их лапки.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
Без ступни он вот что делает.
Он даже не замедляется.
Он даже не замедляется.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
Он может бежать с той же скоростью
и без сегмента лапы.
и без сегмента лапы.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
Никакой проблемы для таракана.
И они могут отрастить их обратно,
если вдруг вы запереживали.
И они могут отрастить их обратно,
если вдруг вы запереживали.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
Как же они это делают?
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
Посмотрите внимательно:
это съёмка, замедленная в 100 раз.
это съёмка, замедленная в 100 раз.
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
Смотрите, что он делает
с оставшейся частью лапки.
с оставшейся частью лапки.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
Он действует ей как
распределённой ступней...
распределённой ступней...
05:17
very effective.
60
305000
2000
очень эффективно.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
И вопрос у нас такой возник:
насколько обычной
является распределённая ступня.
насколько обычной
является распределённая ступня.
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
Я покажу вам ещё одно
поведение животного, которое
поразило нас, когда мы сами это увидели.
поведение животного, которое
поразило нас, когда мы сами это увидели.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
Журналисты, это вне протокола,
накладываю эмбарго.
накладываю эмбарго.
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
Смотрите, что он делает!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
Это двуногий осьминог,
который прикидывается перекати-кокосом.
который прикидывается перекати-кокосом.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
Его обнаружила Кристина Хаффард,
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
а засняла Sea Studio
прямо здесь в Монтерей.
прямо здесь в Монтерей.
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
Мы ещё нашли одного
двуногого осьминожку.
двуногого осьминожку.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
Этот притворяется
дрейфующей водорослью.
дрейфующей водорослью.
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
Он идёт на двух ножках,
а ручки держит наверху,
чтобы никто его не распознал.
а ручки держит наверху,
чтобы никто его не распознал.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(Аплодисменты)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
И смотрите, что он делает ножками,
когда преодолевает препятствия.
когда преодолевает препятствия.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
Он использует эти стопы так,
словно никаких препятствий и нет вовсе...
словно никаких препятствий и нет вовсе...
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
действительно здорово.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
В 1951 Эшер нарисовал это. Он думал,
что отобразил фантазию животного.
что отобразил фантазию животного.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
Но мы-то знаем, что искусство
имитирует жизнь,
имитирует жизнь,
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
и выясняется, что ещё 3 миллиона лет назад
природа создала такой вид.
природа создала такой вид.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
Это креветко-образный стоматопод,
семейство ротоногие,
семейство ротоногие,
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
и так она передвигается по пляжам Панамы:
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
то есть она перекатывается,
даже переваливается вверх по холмам.
даже переваливается вверх по холмам.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
Это альтернативный вид
распределённой стопы,
когда всё тело — ступня.
распределённой стопы,
когда всё тело — ступня.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
Итак, если хотите к нашему образцу
добавить важную характеристику,
добавить важную характеристику,
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
то следует добавить распределённую стопу.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
Не обычную ступню, а ногу,
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
даже тело.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
Может это помочь нам
в дизайне нового типа роботов?
в дизайне нового типа роботов?
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
Идея робота по имени RHex (Рекс)
была взята из природы,
была взята из природы,
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
создавалась этими
гениальными инженерами
в течение последних лет.
гениальными инженерами
в течение последних лет.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
Сначала нога Рекса
была достаточно простой,
была достаточно простой,
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
но со временем она
превратилась в этот полукруг.
превратилась в этот полукруг.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
Почему так? Видео вам все объяснит.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
Смотрите, как робот соприкасается
с неровной поверхностью.
с неровной поверхностью.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
Видите, что он использует
весь полукруг ноги
как распределённую стопу.
весь полукруг ноги
как распределённую стопу.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
Смотрите, как он справляется.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
Можно здесь посмотреть,
где есть препятствия.
где есть препятствия.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
Поразительно. Нет никаких сенсоров,
всё управление встроено прямо в ноги.
всё управление встроено прямо в ноги.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
Очень просто и красиво.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
Возможно, вы заметили
у животных кое-что ещё,
у животных кое-что ещё,
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
когда они бегут по неровным поверхностям.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
Мой ассистент мне поможет сейчас.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
Когда ты трогал лапку таракана...
Можно ему микрофон?
Можно ему микрофон?
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
Когда ты трогал лапку таракана,
ты что-то почувствовал?
ты что-то почувствовал?
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
Заметил что-нибудь?
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
Мальчик: Шипастый.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
Роберт Фулл: Он шипастый, так?
Правда, шипастый, даже почти больно.
Правда, шипастый, даже почти больно.
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
Может быть, нам дать
нашему куратору таракана и посмотреть,
хватит ли у него духу потрогать.
нашему куратору таракана и посмотреть,
хватит ли у него духу потрогать.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(Смех)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
Крис Андерсон: Ты трогал?
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
РФ: Итак, если внимательно посмотреть,
то видны шипы,
то видны шипы,
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
но ещё пару недель назад
никто не знал для чего они.
никто не знал для чего они.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
Предполагалось, что они
для защиты или осязания.
для защиты или осязания.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
Но мы поняли, что они для другого —
вот часть этого шипа.
вот часть этого шипа.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
Они так устроены, что легко сгибаются
только в одну сторону,
только в одну сторону,
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
чтобы выталкивать лапу из неровностей,
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
но они негнущиеся
в обратном направлении,
чтобы цепляться за выступы.
в обратном направлении,
чтобы цепляться за выступы.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
У крабов нет нужды в ступнях,
потому что они обычно ходят по песку...
потому что они обычно ходят по песку...
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
пока не попадают к нам в лабораторию.
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
И начинаются у них проблемы
с нашими ячейками,
с нашими ячейками,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
потому что у них нет шипов.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
Крабам не хватает шипов,
поэтому им трудно
на такой неровной поверхности.
поэтому им трудно
на такой неровной поверхности.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
Но мы, конечно, разбираемся с этим,
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
потому что мы можем
снабдить краба искусственными шипами.
снабдить краба искусственными шипами.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
Мы можем сделать шипы,
которые будут цепляться за выступы,
которые будут цепляться за выступы,
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
и сгибаться, чтобы их можно было
легко вытащить из дырки.
легко вытащить из дырки.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
Мы так и сделали,
добавив крабу искусственные шипы,
добавив крабу искусственные шипы,
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
и как видите, мы провели тест.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
Понимаем ли мы принцип
такого улучшения? Наш ответ — да!
такого улучшения? Наш ответ — да!
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
Это замедленная до 20 кадров съёмка,
краб просто проносится мимо по решётке.
краб просто проносится мимо по решётке.
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(Смех) (Аплодисменты)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
Даже получше, чем у природы.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
Итак, к нашей модели стоит
добавить усовершенствованные шипы.
добавить усовершенствованные шипы.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
Поможет ли это нам разработать
более эффективный
дизайн робота-скалолаза?
более эффективный
дизайн робота-скалолаза?
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
Ну, вот RHex (Рекс):
у него проблема с рельсами —
гладкие рельсы, видите.
у него проблема с рельсами —
гладкие рельсы, видите.
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
Почему бы не добавить шипы? Мои коллеги
в университете Пенсильвании так и сделали.
в университете Пенсильвании так и сделали.
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
Дэн Кодишек вбил
несколько стальных гвоздей —
очень простая версия... в робота,
несколько стальных гвоздей —
очень простая версия... в робота,
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
и вот он Рекс снова, идёт через металл,
через рельсы. Нет проблем!
через рельсы. Нет проблем!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
Как он это делает?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
Давайте замедлим и посмотрим,
как работают шипы.
как работают шипы.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
Видите, как нога крутится, цепляется здесь.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
Она не могла сделать так раньше,
она соскальзывала, застревала
или переворачивалась.
она соскальзывала, застревала
или переворачивалась.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
Смотрите ещё раз, здесь — успех!
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
Но только распределённая стопа и шипы
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
не позволят взбираться вертикально вверх.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
Это очень-очень сложно.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
Но посмотрите на успех этого животного!
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
Один из тех, которых я пустил по залу,
ползёт по отвесной стене —
гладкой металлической пластине.
ползёт по отвесной стене —
гладкой металлической пластине.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
И поразительно,
как быстро он может ползти...
как быстро он может ползти...
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
но, если замедлить,
вы увидите нечто удивительное.
вы увидите нечто удивительное.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
Это секрет. Он так удачно
взбирается вверх, соскальзывая, видите...
взбирается вверх, соскальзывая, видите...
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
то есть ужасно взбирается, если говорить
о его умении цепляться за поверхность.
о его умении цепляться за поверхность.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
Всё это похоже
на плавание вверх по поверхности.
на плавание вверх по поверхности.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
Мы можем скопировать это поведение лучше в жидкости,
если внимательно присмотреться.
если внимательно присмотреться.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
Распределённая стопа
работает словно весло.
работает словно весло.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
Похожую картину мы видим,
наблюдая за ящерицей,
бегущей по неплотному песку.
наблюдая за ящерицей,
бегущей по неплотному песку.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
Следите за лапами.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
Она действует как весло,
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
несмотря на то, что
движется по поверхности,
которую мы считаем твёрдой.
движется по поверхности,
которую мы считаем твёрдой.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
Всё это похоже на то,
что открыла моя выпускница,
что открыла моя выпускница,
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
когда поняла, как ящерицы
могут бегать по воде.
могут бегать по воде.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
Можно это использовать
для улучшения робота?
для улучшения робота?
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
Мартин Бьюдер так и сделал —
он теперь в Boston Dynamics...
он теперь в Boston Dynamics...
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
он взял эту идею и из Рекса (RHex)
сделал Аква Рекса (Aqua RHex).
сделал Аква Рекса (Aqua RHex).
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
Вот он — Рекс с вёслами,
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
удивительно манёвренный
плавающий робот.
плавающий робот.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
Но для неровных поверхностей
у животных есть когти.
у животных есть когти.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
И, наверное, вы их можете
почувствовать, взяв в руки.
почувствовать, взяв в руки.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
Ты потрогал?
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
КА: Потрогал.
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
РФ: И они очень хорошо
хватаются за поверхность коготками.
хватаются за поверхность коготками.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
Марк Куткоски из университета Стенфорда —
один из моих коллег, уникальный инженер,
один из моих коллег, уникальный инженер,
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
разработавший технологию
Shape Deposition Manufacturing
[Формируешь пока создаёшь],
Shape Deposition Manufacturing
[Формируешь пока создаёшь],
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
может добавить когти
прямо в модель ступни.
прямо в модель ступни.
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
Вот простая версия такой ступни
для нового робота.
для нового робота.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
Итак, к нашему образцу
предлагаю добавить когти.
предлагаю добавить когти.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
Но для настоящей манёвренности
животные в реальности
животные в реальности
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
используют смешанные типы механизмов,
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
которые включают когти и шипы,
волоски и подушечки,
клей и сеть капилляров...
волоски и подушечки,
клей и сеть капилляров...
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
и массу других вещей.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
Вот примеры от самых разных насекомых.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
Муравей, ползущий вертикально.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
Давайте взглянем на этого муравья.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
Это его стопа. Видите волоски и коготки,
и вот эту штуку?
и вот эту штуку?
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
Это когда ножка находится в воздухе.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
Смотрите, что происходит,
когда стопа опускается на ваш бутерброд.
когда стопа опускается на ваш бутерброд.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
Видите?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
Подушечка выскакивает. А в ней клей.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
Это вид внизу на лапку муравья,
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
когда коготки не цепляются,
подушечка вываливается сама по себе.
подушечка вываливается сама по себе.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
Просто выдавливается наружу.
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
И понять всё это было непросто —
это вклад муравья в теорию суперструн.
это вклад муравья в теорию суперструн.
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
Сложно было это заснять.
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
Вот вид ближе:
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
это стопа муравья, а это — клей.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
И мы обнаружили, что клей —
очень интересная двусоставная смесь.
очень интересная двусоставная смесь.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
Конечно, она помогает прикрепляться.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
К нашей модели мы добавим
несколько липких подушечек.
несколько липких подушечек.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
Конечно, можно считать, что идеи
для гладкой поверхности мы уже нашли.
для гладкой поверхности мы уже нашли.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
Но у нас есть кое-что ещё.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
Геккон — прекрасный пример
нанотехнологий в природе.
нанотехнологий в природе.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
Это его стопы.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
Они ... почти как инопланетянские.
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
А секрет их липучести
в волосках на пальцах.
в волосках на пальцах.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
Геккон может бежать вверх
один метр в секунду,
один метр в секунду,
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
то есть за секунду сделать 30 шагов...
мы даже не увидим их.
мы даже не увидим их.
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
Но если замедлить:
они прикрепляют ступню за 8 миллисекунд,
они прикрепляют ступню за 8 миллисекунд,
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
а отрывают за 16 миллисекунд.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
А если посмотреть, как они
отрывают ногу, то с ума можно сойти.
отрывают ногу, то с ума можно сойти.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
Они её отдирают,
как мы сдираем кусок липкой ленты.
как мы сдираем кусок липкой ленты.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
Очень странно. Но как они прикрепляются?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
Если посмотреть на стопы,
то у них форма листочка,
она называется линалае (цепколапостью),
то у них форма листочка,
она называется линалае (цепколапостью),
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
на которой миллионы волосков.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
А на каждом кончике волоска —
бесчисленное множество микро-щетинок.
бесчисленное множество микро-щетинок.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
Там сотни, тысячи щетинок на кончиках,
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
в этом и есть секрет,
который позволяет плотно прикрепляться.
который позволяет плотно прикрепляться.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
У геккона миллиарды таких
200-нанометровых щёточек
на каждом волоске.
200-нанометровых щёточек
на каждом волоске.
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
И нет никакого клея, они
не работают как липучка Velcro,
они не присасываются.
не работают как липучка Velcro,
они не присасываются.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
Они работают только
за счёт межмолекулярных связей.
за счёт межмолекулярных связей.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
Итак, к нашей модели мы добавим
волоски со щёточками на кончиках.
волоски со щёточками на кончиках.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
Это даже вдохновило на создание
первого в мире сухого
самоочищающегося пластыря...
первого в мире сухого
самоочищающегося пластыря...
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
Мы рады сообщить, что патент получен.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
А вот простейшая версия в природе,
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
а вот попытка моего коллеги Рона Феаринга
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
создать искусственную копию
сухой липучки из полиуретана.
сухой липучки из полиуретана.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
А вот первая попытка
испробовать его в деле и с нагрузкой.
испробовать его в деле и с нагрузкой.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
Интерес к этому изобретению
огромный в разных областях.
огромный в разных областях.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
Можно придумать
сразу тысячи применений, я уверен.
сразу тысячи применений, я уверен.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
Многие люди уже придумали,
а мы теперь пытаемся
из идей создать товар.
а мы теперь пытаемся
из идей создать товар.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
Мы придумали такой, например, продукт:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
мы придумали био-лейкопластырь без клея.
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
Мы взяли несколько волосков
у геккона во время линьки,
у геккона во время линьки,
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
положили их сюда в три ряда,
а потом сделали пластырь.
а потом сделали пластырь.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
Это наш доброволец-студент...
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
у нас 30 тысяч студентов,
поэтому нам есть из кого выбирать...
поэтому нам есть из кого выбирать...
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
но на самом деле,
это просто черта красной ручкой.
это просто черта красной ручкой.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
Но получился прекрасный лейкопластырь.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
Он дышит, его легко отодрать,
он не вызывает раздражения
и не боится воды.
он не вызывает раздражения
и не боится воды.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
Я полагаю, что это
поразительный пример того,
как любопытство в исследовании —
поразительный пример того,
как любопытство в исследовании —
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
когда мы решили узнать,
как геккон движется вверх —
как геккон движется вверх —
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
может привести к таким открытиям,
которые никогда никто не вообразил.
которые никогда никто не вообразил.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
Вот почему важно поддерживать
любопытство во время исследований.
любопытство во время исследований.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
Вот, сдираем пластырь.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
Итак, мы дали новое определение ступне.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
Вопрос остаётся: можем ли мы
использовать все эти секреты,
использовать все эти секреты,
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
чтобы создать лучшую стопу,
чем создала природа?
чем создала природа?
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
Вот наш новый проект:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
мы пытаемся сделать первого
поисково-скалолазного-робоспасателя —
без присосок или магнитов...
поисково-скалолазного-робоспасателя —
без присосок или магнитов...
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
который двигается только
по определённому типу поверхностей.
по определённому типу поверхностей.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
Я назвал нового робота Райз (RiSE) —
Робот, сканирующий поверхности
для карабканья...
Робот, сканирующий поверхности
для карабканья...
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
и создаёт его
прекрасная команда биологов и инженеров.
прекрасная команда биологов и инженеров.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
А вот и Райз (RiSE).
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
У него шесть лап и есть хвост.
Вот он на заборе и на дереве.
Вот он на заборе и на дереве.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
А это его первые шаги по наклонной.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
Есть звук? Вот, можно послушать его шаги.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
А это он идёт на вас,
первые шаги вверх по стене.
первые шаги вверх по стене.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
Он пока пользуется простыми стопами,
всё ещё очень новое.
всё ещё очень новое.
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
Но динамику, принцип его движения,
мы угадали верно.
мы угадали верно.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
Марк Куткоски, тем не менее,
продвинулся дальше.
продвинулся дальше.
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
Он создал «формируй, пока создаёшь» модели стопы и пальцев ноги.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
Следующим шагом будет
создание гибкого, послушного пальца ноги,
создание гибкого, послушного пальца ноги,
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
и попытка добавить к нему
шипы, когти и сухой пластырь.
шипы, когти и сухой пластырь.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
Итак, сначала нужно правильно
сделать стопу и пальцы на ней,
сделать стопу и пальцы на ней,
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
попытаться, чтобы она ползла вверх,
потом приделать её к роботу.
потом приделать её к роботу.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
Именно так он и сделал.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
Он сконструировал скалолазного
ного-робота, взял идею у природы.
ного-робота, взял идею у природы.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
Вот Куткоски и студенты,
и их поразительный дизайн.
и их поразительный дизайн.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
Это улучшенные пальцы — шесть штук,
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
в них использованы принципы, о которых
я упоминал, когда говорил вам о модели.
я упоминал, когда говорил вам о модели.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
Не используются ни присоски, ни клей,
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
и, всё это, в конечном счёте,
когда прикреплено к роботу...
когда прикреплено к роботу...
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
это — вдохновение, данное
живой природой, животными...
живой природой, животными...
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
наверное, сможет взбираться
по любой поверхности.
по любой поверхности.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
Здесь вы видите, как он идёт вверх
по стене здания в университете Стэнфорда.
по стене здания в университете Стэнфорда.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
Он ускоряется..., опять, это стопа скалолазит.
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
Мы смотрим на
ещё не полностью готового робота...
ещё не полностью готового робота...
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
вот, сейчас видно, как он прикрепляется.
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
Это модифицированная структура
позволяет шипам, подушечкам для трения
и липучим волоскам
позволяет шипам, подушечкам для трения
и липучим волоскам
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
хвататься за трудные, разные поверхности.
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
И удалось создать эту штуку...
вот, ускоренная в 20 раз съёмка...
вот, ускоренная в 20 раз съёмка...
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
можете представить, как он
забирается вверх и спасает
кого-то на верхнем этаже?
забирается вверх и спасает
кого-то на верхнем этаже?
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
Можно представить себе такую картинку,
нет ничего невозможного.
нет ничего невозможного.
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
Конечно, задача трудная.
Но то ли ещё будет.
Но то ли ещё будет.
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
И в заключение: мы узнали
секреты дизайна природы,
рассматривая, как устроены стопы.
секреты дизайна природы,
рассматривая, как устроены стопы.
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
Мы поняли, что нужно
распределять контроль
на важные части ноги.
распределять контроль
на важные части ноги.
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
Нельзя все впихивать в мозг,
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
285
1099000
4000
какую-то часть контроля стоит иметь
в модифицированной стопе,
ноге, даже в теле.
в модифицированной стопе,
ноге, даже в теле.
18:35
That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
286
1103000
3000
Природа использует гибридные решения,
а не один рецепт для всего,
а не один рецепт для всего,
18:38
and they're integrated and beautifully robust.
287
1106000
3000
и эти решения совмещают
красоту и здравый смысл.
красоту и здравый смысл.
18:41
And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
288
1109000
8000
И в-третьих: мы верим, что нам
не стоит копировать природу,
а просто брать идеи из биологии,
не стоит копировать природу,
а просто брать идеи из биологии,
18:49
and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
289
1117000
4000
и использовать эти новые принципы
для улучшения инженерных решений,
для улучшения инженерных решений,
18:53
to make -- potentially -- something better than nature.
290
1121000
3000
чтобы создавать... потенциально...
нечто лучшее, чем в природе.
нечто лучшее, чем в природе.
18:57
So there's a clear message:
291
1125000
2000
Вот моё заявление:
18:59
whether you care about a fundamental, basic research
292
1127000
3000
если вам интересны
фундаментальные, серьёзные исследования
фундаментальные, серьёзные исследования
19:02
of really interesting, bizarre, wonderful animals,
293
1130000
3000
очень странных, удивительных,
прекрасных животных
прекрасных животных
19:05
or you want to build a search-and-rescue robot
294
1133000
1000
или вы хотите построить
поисково-спасательного робота,
поисково-спасательного робота,
19:06
that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
295
1134000
3000
который будет помогать
во время землетрясений,
спасать во время пожара,
во время землетрясений,
спасать во время пожара,
19:09
or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
296
1137000
5000
или вас интересует медицина —
везде нам следует основываться
на дизайнах из мира природы.
везде нам следует основываться
на дизайнах из мира природы.
19:14
Otherwise these secrets will be lost forever.
297
1142000
3000
В противном случае эти секреты
потеряются навсегда.
потеряются навсегда.
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
Спасибо.
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