ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Robert Full | Speaker | TED.com
TED2005

Robert Full: The sticky wonder of gecko feet

罗伯特•福尔探索动物移动的奥秘

Filmed:
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生物学家罗伯特•福尔与我们分享一些有趣动物的慢速录像。我们可以近距离观察蟑螂多刺的腿,这些多刺的腿可以帮助他们穿过网状表面。还可以观察到帮助壁虎爬墙那成千上万的细毛而组成的脚。
- 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

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I want you to imagine想像 that you're a student学生 in my lab实验室.
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想象一下你是我实验室里的一个学生。
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What I want you to do is to create创建 a biologically生物 inspired启发 design设计.
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我想让你做一个由生物激发灵感的设计。
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And so here's这里的 the challenge挑战:
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挑战是这样的:
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I want you to help me create创建 a fully充分 3D, dynamic动态, parameterized参数 contact联系 model模型.
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我想让你帮我制造出一个全3D、参数化的动力接触模型。
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The translation翻译 of that is, could you help me build建立 a foot脚丫子?
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翻译一下,意思就是能不能帮我造一只脚?
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And it is a true真正 challenge挑战, and I do want you to help me.
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这件事真的很有挑战,我确实需要你们的帮助。
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Of course课程, in the challenge挑战 there is a prize.
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当然,这是有奖励的。
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It's not quite相当 the TEDTED Prize, but it is an exclusive独家 t-shirtT恤衫 from our lab实验室.
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不太算是TED奖品,但是我们实验室的特别版T恤。
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So please send发送 me your ideas思路 about how to design设计 a foot脚丫子.
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所以请将你们关于如何设计一只脚的想法发个我。
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Now if we want to design设计 a foot脚丫子, what do we have to do?
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好,如果我们想设计一只脚,需要做什么呢?
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We have to first know what a foot脚丫子 is.
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首先我们需要知道脚是什么。
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If we go to the dictionary字典, it says, "It's the lower降低 extremity末端 of a leg
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如果我们去查字典,字典上说:“脚是在站立及行走时,
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that is in direct直接 contact联系 with the ground地面 in standing常设 or walking步行"
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腿的最末端直接接触地面的部位。”
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That's the traditional传统 definition定义.
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这是传统的定义。
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But if you wanted to really do research研究, what do you have to do?
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但如果你真的想要做研究,还要做什么呢?
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You have to go to the literature文学 and look up what's known已知 about feet.
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你必须还要去翻阅文献,看关于脚人们都知道了些什么。
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So you go to the literature文学. (Laughter笑声)
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所以你去查阅了文献。(笑)
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Maybe you're familiar with this literature文学.
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也许你对这些作品很熟悉。
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The problem问题 is, there are many许多, many许多 feet.
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问题是,这里有很多很多只脚。
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How do you do this?
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该怎么办呢?
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You need to survey调查 all feet and extract提取 the principles原则 of how they work.
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你需要去调查这所有的脚,并且从中提炼出它们是如何工作的理论。
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And I want you to help me do that in this next下一个 clip.
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在下一张图上,我就想让你来帮我做这件事。
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As you see this clip, look for principles原则,
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当你看这张图时,请寻找理论。
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and also think about experiments实验 that you might威力 design设计
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而且考虑你要设计什么样的实验
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in order订购 to understand理解 how a foot脚丫子 works作品.
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才能帮助你明白这些脚是如何工作的。
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See any common共同 themes主题? Principles原则?
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看到有什么共同点了吗?共同的原理?
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What would you do?
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你接下来要怎么做?
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What experiments实验 would you run?
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要进行什么样的实验?
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Wow. (Applause掌声)
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哇。(鼓掌)
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Our research研究 on the biomechanics生物力学 of animal动物 locomotion运动
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我们关于动物运动力方面的生物力学研究
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has allowed允许 us to make a blueprint蓝图 for a foot脚丫子.
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使得我们可以为一只脚绘制出蓝图。
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It's a design设计 inspired启发 by nature性质, but it's not a copy复制 of any specific具体 foot脚丫子 you just looked看着 at,
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这是一个由自然启发而来的设计,不单单是复制你刚才看到的某只特定的脚,
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but it's a synthesis合成 of the secrets秘密 of many许多, many许多 feet.
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而是综合了许多许多只脚的秘密。
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Now it turns out that animals动物 can go anywhere随地.
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现在人们发现动物哪儿都能去。
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They can locomotelocomote on substrates基板 that vary变化 as you saw --
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它们能在不同的情况下移动——
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in the probability可能性 of contact联系, the movement运动 of that surface表面
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这些变化因素包括接触形势,表面的运动
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and the type类型 of footholds立足点 that are present当下.
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以及它们所呈现的不同的立足点。
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If you want to study研究 how a foot脚丫子 works作品,
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若想要研究脚是如何工作的
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we're going to have to simulate模拟 those surfaces, or simulate模拟 that debris废墟.
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我们就需要模仿这些表面,或那些碎片。
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When we did that, here's这里的 a new experiment实验 that we did:
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当我们进行模仿时,这里是我们做的一个新实验:
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we put an animal动物 and had it run -- this grass spider蜘蛛 --
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我们将一只动物放上去然后让它跑——这是一只草蛛——
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on a surface表面 with 99 percent百分 of the contact联系 area removed去除.
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被放在一个99%的接触区域都被去除了的表面上。
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But it didn't even slow down the animal动物.
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但它甚至没有使动物的移动缓慢下来。
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It's still running赛跑 at the human人的 equivalent当量 of 300 miles英里 per hour小时.
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草蛛仍然以相当于人类300英里/小时的速度移动着。
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Now how could it do that? Well, look more carefully小心.
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它是怎么办到的?好吧,仔细的看。
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When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated模拟 debris废墟.
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当我们以50倍的速度将其放慢,就可以看到腿是如何接触那些仿制的碎片的。
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The leg is acting演戏 as a foot脚丫子.
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腿发挥了脚的功能。
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And in fact事实, the animal动物 contacts往来 other parts部分 of its leg
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事实上,动物用腿的其他部位接触表面
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more frequently经常 than the traditionally传统 defined定义 foot脚丫子.
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比用传统定义界定的足频繁得多。
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The foot脚丫子 is distributed分散式 along沿 the whole整个 leg.
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足分布在整条腿上。
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You can do another另一个 experiment实验 where you can take a cockroach蟑螂 with a foot脚丫子,
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你也可以做另一个实验,用一只带脚的蟑螂,
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and you can remove去掉 its foot脚丫子.
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然后把它所有的脚都去掉。
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I'm passing通过 some cockroaches蟑螂 around. Take a look at their feet.
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我在分发一些蟑螂。来看看他们的脚是什么样子的。
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Without没有 a foot脚丫子, here's这里的 what it does. It doesn't even slow down.
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没有了脚,这是他们继续做的事。它甚至都没有慢下来。
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It can run the same相同 speed速度 without even that segment分割.
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没有那个部分它们仍可以以同样的速度移动。
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No problem问题 for the cockroach蟑螂 -- they can grow增长 them back, if you care关心.
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别为蟑螂担心——它们还能把脚长回来,如果你很在意。
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How do they do it?
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它们是怎么做到的?
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Look carefully小心: this is slowed放缓 down 100 times,
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仔细看:这是放慢100倍后的。
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and watch what it's doing with the rest休息 of its leg.
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观察他们在用腿的其余部分做什么。
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It's acting演戏, again, as a distributed分散式 foot脚丫子 --
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又一次,腿作为被广泛分布的足了。
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very effective有效.
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很有效果。
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Now, the question we had is, how general一般 is a distributed分散式 foot脚丫子?
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现在问题是,到底有多少动物有类似的分布足?
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And the next下一个 behavior行为 I'll show显示 you of this animal动物 just stunned目瞪口呆 us the first time that we saw it.
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9000
下面将要为你们展示的这个动物,我们第一次看时感到很震惊。
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Journalists记者, this is off the record记录; it's embargoed禁运.
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记者们,这可是没人报道过的,被禁止的——
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Take a look at what that is!
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看那是什么!
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That's a bipedal双足 octopus章鱼 that's disguised伪装 as a rolling压延 coconut椰子.
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这个两足的章鱼试图佯装成一个可以滚动的椰子。
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It was discovered发现 by Christina克里斯蒂娜 HuffardHuffard
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克里斯蒂娜•胡法德发现了它
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and filmed拍摄 by Sea Studios工作室, right here from Monterey蒙特雷.
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这影片由海洋工作室(Sea Studios)在蒙特瑞拍摄的。
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We've我们已经 also described描述 another另一个 species种类 of bipedal双足 octopus章鱼.
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我们也关注了另一种双足章鱼。
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This one disguises伪装 itself本身 as floating漂浮的 algae藻类.
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这一只将自己伪装成了浮动的海藻。
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It walks散步 on two legs and it holds持有 the other arms武器 up in the air空气 so that it can't be seen看到.
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它用两条腿走路然后将两只胳膊高举在空中,以保证不让其他生物看见。
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(Applause掌声)
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(鼓掌)
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And look what it does with its foot脚丫子 to get over challenging具有挑战性的 terrain地形.
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8000
看,当他们要通过崎岖不平的地面时是如何使用脚的。
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It uses使用 that beautiful美丽 distributed分散式 foot脚丫子 to make it as if those obstacles障碍 are not even there --
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它用它们那美丽的均匀分布的足,使得这些障碍好似不存在一般。
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truly extraordinary非凡.
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真的很特别。
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In 1951, Escher埃舍尔 made制作 this drawing画画. He thought he created创建 an animal动物 fantasy幻想.
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1951年,埃舍尔画了这幅画。他觉得自己创造出了一个神奇的动物。
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But we know that art艺术 imitates模仿 life,
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但是我们知道艺术模仿生命,
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and it turns out nature性质, three million百万 years年份 ago, evolved进化 the next下一个 animal动物.
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因此人们发现300万年前,自然进化孕育了要展出的这下一个动物。
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It's a shrimp-like像虾一样 animal动物 called the stomatopodstomatopod,
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这个像小虾的动物被称为口脚类动物,
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and here's这里的 how it moves移动 on the beaches海滩 of Panama巴拿马:
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这里是它如何在巴拿马的海滩上移动的:
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it actually其实 rolls劳斯莱斯, and it can even roll uphill上坡.
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它其实在滚动,而且竟然还能向上滚。
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It's the ultimate最终 distributed分散式 foot脚丫子: its whole整个 body身体 in this case案件 is acting演戏 like its foot脚丫子.
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这最终是因为均匀分布的足;在这种情况下,它的整个身子都扮演着脚的角色。
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So, if we want to then, to our blueprint蓝图, add the first important重要 feature特征,
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所以我们为我们的蓝图上加上第一个重要的特征,
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we want to add distributed分散式 foot脚丫子 contact联系.
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我们加上均匀分布的足。
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Not just with the traditional传统 foot脚丫子, but also the leg,
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不光是在传统的足部部位,也在腿上。
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and even of the body身体.
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而且甚至是在身上。
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Can this help us inspire启发 the design设计 of novel小说 robots机器人?
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这能启示我们设计出新的机器人吗?
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We biologically生物 inspired启发 this robot机器人, named命名 RHexRHex,
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我们受到生物的启示所创造的机器人,叫做RHex,
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built内置 by these extraordinary非凡 engineers工程师 over the last few少数 years年份.
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RHex在过去几年前由这些卓越的工程师创造出来。
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RHex'sRHex的 foot脚丫子 started开始 off to be quite相当 simple简单,
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RHex的脚一开始时非常简单,
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then it got tuned调整 over time, and ultimately最终 resulted导致 in this half circle.
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但是它总是被修改,知道最后变成了这样的半圆形。
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Why is that? The video视频 will show显示 you.
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2000
这是为什么?下面这段录像将为您解开疑惑。
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Watch where the robot机器人, now, contacts往来 its leg in order订购 to deal合同 with this very difficult terrain地形.
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443000
7000
看这个机器人,现在,当它如何用腿接触这些有障碍的地表,试图翻越过去。
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What you'll你会 see, in fact事实, is that it's using运用 that half circle leg as a distributed分散式 foot脚丫子.
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你会看到,事实上,它用这半圆形的脚当做均匀分布的足了。
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Watch it go over this.
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看它翻越这里。
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You can see it here well on this debris废墟.
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你可以从这里看它穿过这些碎片。
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Extraordinary非凡. No sensing传感, all the control控制 is built内置 right into the tuned调整 legs.
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非常棒。没有传感装置,所有的控制组件都装在这个谐调的腿中了。
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Really simple简单, but beautiful美丽.
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很简单,但非常棒。
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Now, you might威力 have noticed注意到 something else其他 about the animals动物
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现在,你可能要关注这些动物的其他方面了,
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when they were running赛跑 over the rough terrain地形.
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当它们跑过崎岖不平的地表面时。
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And my assistant's助手 going to help me here.
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我的助手要帮我一下。
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When you touched感动 the cockroach蟑螂 leg -- can you get the microphone麦克风 for him?
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当你摸蟑螂的腿时——你能帮我把话筒递给他吗?
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When you touched感动 the cockroach蟑螂 leg, what did it feel like?
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当你摸蟑螂的腿时,有什么感觉?
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Did you notice注意 something?
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感觉到什么不同了吗?
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Boy男孩: Spiny.
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男孩:很多刺。
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Robert罗伯特 Full充分: It's spiny多刺, right? It's really spiny多刺, isn't it? It sort分类 of hurts伤害.
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罗伯特•福尔:很多刺,是吗?感觉很扎,对不对?有点疼。
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Maybe we could give it to our curator馆长 and see if he'd他会 be brave勇敢 enough足够 to touch触摸 the cockroach蟑螂.
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也许我们应该把蟑螂给监护人,看他有没有勇气也摸一摸。
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(Laughter笑声)
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496000
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(笑)
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Chris克里斯 Anderson安德森: Did you touch触摸 it?
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克里斯•安德森:你摸过吗?
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RFRF: So if you look carefully小心 at this, what you see is that they have spines
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罗伯特•福尔:所以当你很仔细的观察,会发现上面真的有很多刺。
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and until直到 a few少数 weeks ago, no one knew知道 what they did.
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直到几周前,一直也没人知道这些刺是用来做什么的。
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They assumed假定 that they were for protection保护 and for sensory感觉的 structures结构.
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504000
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他们推测那些刺起到保护作用,是用来感知周围结构用的。
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We found发现 that they're for something else其他 -- here's这里的 a segment分割 of that spine脊柱.
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507000
4000
后来我们发现它们有别的功效——这里是一根刺的一部分
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They're tuned调整 such这样 that they easily容易 collapse坍方 in one direction方向
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3000
它们的构造使得它们都很容易向一个方向倒
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to pull the leg out from debris废墟,
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514000
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把一条腿从碎片中拔出,
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but they're stiff僵硬 in the other direction方向 so they capture捕获 disparities差距 in the surface表面.
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516000
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这些毛很硬,不会弯向另一个方向,因此可以对付不同的表面。
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Now crabs螃蟹 don't miss小姐 footholds立足点, because they normally一般 move移动 on sand --
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522000
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螃蟹不需要寻找立足点,因为他们通常在沙子上行走——
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until直到 they come to our lab实验室.
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知道他们被请入我们的实验室。
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And where they have a problem问题 with this kind of mesh网孔,
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3000
然后他们在这些网子上移动会遇到问题,
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because they don't have spines.
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530000
2000
因为他们没有刚毛。
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The crabs螃蟹 are missing失踪 spines, so they have a problem问题 in this kind of rough terrain地形.
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533000
3000
螃蟹由于没有刚毛,所以在这些不平整的表面上移动会显得不自在。
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But of course课程, we can deal合同 with that
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3000
但当然,我们能帮助它们,
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because we can produce生产 artificial人造 spines.
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539000
3000
因为我们可以制造人工刚毛。
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We can make spines that catch抓住 on simulated模拟 debris废墟
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我们可以制造能够应付仿制碎片的刚毛
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and collapse坍方 on removal切除 to easily容易 pull them out.
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546000
3000
而且在我们不需要它们时还能很容易的拔出。
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We did that by putting these artificial人造 spines on crabs螃蟹,
125
549000
3000
我们把这些人工的刚毛装在螃蟹腿上,
09:24
as you see here, and then we tested测试 them.
126
552000
2000
你看,我们测试一下。
09:26
Do we really understand理解 that principle原理 of tuning调音? The answer回答 is, yes!
127
554000
4000
我们真正明白调谐的原理了吗?答案是:对!
09:30
This is slowed放缓 down 20-fold-折, and the crab螃蟹 just zooms缩放 across横过 that simulated模拟 debris废墟.
128
558000
5000
这是放慢20倍后的,螃蟹飞速的横穿过这个模拟碎片。
09:35
(Laughter笑声) (Applause掌声)
129
563000
2000
(笑声)(掌声)
09:37
A little better than nature性质.
130
565000
2000
比自然形成的稍微好一些。
09:40
So to our blueprint蓝图, we need to add tuned调整 spines.
131
568000
3000
所以在我们的蓝图上,要加上具有调谐作用的刺。
09:43
Now will this help us think about the design设计 of more effective有效 climbing攀登 robots机器人?
132
571000
5000
这些可以帮助我们设计出更会爬墙的机器人吗?
09:48
Well, here's这里的 RHexRHex: RHexRHex has trouble麻烦 on rails轨道 -- on smooth光滑 rails轨道, as you see here.
133
576000
5000
这里是RHex——RHex穿过轨道时遇到了麻烦——在平滑的轨道上,你看。
09:53
So why not add a spine脊柱? My colleagues同事 did this at U. Penn佩恩.
134
581000
4000
为什么不加一个刺呢?我的同事帮他加上了。
09:57
Dan KoditschekKoditschek put some steel nails钉子 -- very simple简单 version -- on the robot机器人,
135
585000
4000
丹•柯蒂斯将一些钢钉——非常简单的型号——装在机器人上——
10:01
and here's这里的 RHexRHex, now, going over those steel -- those rails轨道. No problem问题!
136
589000
6000
于是现在的RHex,越过那些钢制的——轨道。没有问题!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
它是怎么做到的?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action行动.
138
596000
2000
我们放慢速度,你就能看到那些刺是如何工作的了。
10:10
Watch the leg come around, and you'll你会 see it grab on right there.
139
598000
3000
看腿移动过来了,你看它刚好能抓稳。
10:13
It couldn't不能 do that before; it would just slip and get stuck卡住 and tip小费 over.
140
601000
3000
以前它是办不到的,只会打滑、卡主然后翻倒。
10:16
And watch again, right there -- successful成功.
141
604000
4000
现在再看一遍,就这样——成功。
10:20
Now just because we have a distributed分散式 foot脚丫子 and spines
142
608000
3000
现在只拥有有均匀分布的足以及刺
10:23
doesn't mean you can climb vertical垂直 surfaces.
143
611000
2000
并不代表可以爬上垂直的表面。
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
这个真的非常,非常难。
10:28
But look at this animal动物 do it!
145
616000
2000
但看动物们很多都会!
10:30
One of the ones那些 I'm passing通过 around is climbing攀登 up this vertical垂直 surface表面 that's a smooth光滑 metal金属 plate盘子.
146
618000
6000
有这样一个动物是在光滑的金属盘子表面向上爬。
10:36
It's extraordinary非凡 how fast快速 it can do it --
147
624000
2000
它们的爬行速度快得惊人——
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite相当 extraordinary非凡.
148
626000
4000
看如果放慢速度,你会发现一些很神奇的事。
10:42
It's a secret秘密. The animal动物 effectively有效 climbs攀登 by slipping滑倒 and look --
149
630000
4000
这是个秘密。动物很有效的利用滑动,看——
10:46
and doing, actually其实, terribly可怕, with respect尊重 to grabbing on the surface表面.
150
634000
4000
事实上,很恐怖的是,它们在抓取表面。
10:50
It looks容貌, in fact事实, like it's swimming游泳的 up the surface表面.
151
638000
3000
看上去像从表面上游了上去。
10:53
We can actually其实 model模型 that behavior行为 better as a fluid流体, if you look at it.
152
641000
4000
我们其实可以将这一行为模仿为流动体的,如果你仔细观察。
10:57
The distributed分散式 foot脚丫子, actually其实, is working加工 more like a paddle.
153
645000
4000
这些分布式足事实上工作原理更像是桨。
11:01
The same相同 is true真正 when we looked看着 at this lizard蜥蜴 running赛跑 on fluidized流化床 sand.
154
649000
4000
当我观察蜥蜴在流态化的沙子上移动时,结果相同。
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
看它的脚。
11:07
It's actually其实 functioning功能 as a paddle
156
655000
2000
事实上它起到了桨的作用。
11:09
even though虽然 it's interacting互动 with a surface表面 that we normally一般 think of as a solid固体.
157
657000
6000
即使它接触的表面通常被我们认为是固体。
11:15
This is not different不同 from what my former前任的 undergraduate大学本科 discovered发现
158
663000
5000
这与我以前的一个本科生学生所发现的没有什么不同
11:20
when she figured想通 out how lizards蜥蜴 can run on water itself本身.
159
668000
4000
当她发现蜥蜴是如何在水面上行走的。
11:25
Can you use this to make a better robot机器人?
160
673000
5000
可以利用这个制造更好的机器人吗?
11:30
Martin马丁 Buehler比埃勒 did -- who's谁是 now at Boston波士顿 Dynamics动力学 --
161
678000
3000
马丁•比埃勒进行了尝试——他现在在波士顿动力公司——
11:33
he took this idea理念 and made制作 RHexRHex to be Aqua水族 RHexRHex.
162
681000
5000
他采用了这个点子并将RHex改造为Aqua RHex。
11:38
So here's这里的 RHexRHex with paddles,
163
686000
2000
所以RHex有了蹚水的桨,
11:40
now converted转换 into an incredibly令人难以置信 maneuverable机动性 swimming游泳的 robot机器人.
164
688000
5000
现在被改造为不可思议且操纵灵活的游泳机器人了。
11:46
For rough surfaces, though虽然, animals动物 add claws.
165
694000
3000
然而对于粗糙的表面,动物为自己添加了爪子。
11:49
And you probably大概 feel them if you grabbed抓起 it.
166
697000
1000
当你抓住它们时应该能感觉到这些爪子。
11:50
Did you touch触摸 it?
167
698000
1000
你有没有碰碰它?
11:51
CACA: I did.
168
699000
1000
CA:我碰了。
11:52
RFRF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
RF:它们可以很有效的利用这些爪子钳住表面。
11:54
Mark标记 CutkoskyCutkosky at Stanford斯坦福 University大学, one of my collaborators合作者, is an extraordinary非凡 engineer工程师
170
702000
6000
斯坦福大学的马克•库特科斯基,我的一位同事,是一位杰出的工程师
12:00
who developed发达 this technique技术 called Shape形状 Deposition沉积 Manufacturing制造业,
171
708000
3000
他发明了一种技术叫做“形状沉积制造”,
12:03
where he can imbed嵌入 claws right into an artificial人造 foot脚丫子.
172
711000
3000
利用这种技术,他可以将爪子嵌入人工足中。
12:06
And here's这里的 the simple简单 version of a foot脚丫子 for a new robot机器人 that I'll show显示 you in a bit.
173
714000
5000
这里有一个新机器人脚的简易版本。
12:11
So to our blueprint蓝图, let's attach连接 claws.
174
719000
3000
在我们的蓝图上加上爪子。
12:14
Now if we look at animals动物, though虽然, to be really maneuverable机动性 in all surfaces,
175
722000
3000
现在让我们看看那些真正能在任何表面上移动的动物,
12:17
the animals动物 use hybrid混合动力 mechanisms机制
176
725000
2000
它们都要用到混合动力机制
12:19
that include包括 claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary毛细管 adhesion粘着
177
727000
4000
包括爪子、刺、毛发、肉趾、胶、毛细管粘附
12:23
and a whole整个 bunch of other things.
178
731000
1000
还有很多其他的东西。
12:24
These are all from different不同 insects昆虫.
179
732000
2000
这些都是来自不同的昆虫。
12:26
There's an ant蚂蚁 crawling爬行 up a vertical垂直 surface表面.
180
734000
2000
这里有一只蚂蚁在垂直的表面上往上爬。
12:28
Let's look at that ant蚂蚁.
181
736000
1000
让我们来观察一下这只蚂蚁。
12:30
This is the foot脚丫子 of an ant蚂蚁. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
这是蚂蚁的一只脚。你看这里有毛发以及爪子。
12:35
This is when its foot's脚的 in the air空气.
183
743000
2000
这是蚂蚁自然状态下的脚。
12:37
Watch what happens发生 when the foot脚丫子 goes onto your sandwich三明治.
184
745000
4000
观察这脚放在你的三明治上会发生些什么。
12:41
You see what happens发生?
185
749000
2000
看到发生了些什么了吗?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
这些垫伸展出来。这就是胶所在的地方。
12:48
Here from underneath is an ant蚂蚁 foot脚丫子,
187
756000
3000
这下面是一只蚂蚁脚。
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically自动 comes out without the ant蚂蚁 doing anything.
188
759000
6000
当爪子不深入抓取时,垫会自动出来,不需要蚂蚁做任何事情。
12:57
It just extrudes压出.
189
765000
1000
它就自己被挤压了出来。
12:58
And this was a hard shot射击 to get -- I think this is the shot射击 of the ant蚂蚁 foot脚丫子 on the superstrings超弦理论.
190
766000
5000
很难拍摄到这种状态——这大概是在超弦状态下拍摄的蚂蚁脚。
13:03
So it's pretty漂亮 tough强硬 to do.
191
771000
1000
真的很难办到。
13:04
This is what it looks容貌 like close up --
192
772000
3000
这就是近看的效果——
13:07
here's这里的 the ant蚂蚁 foot脚丫子, and there's the glue.
193
775000
2000
这是一只蚂蚁脚,然后这里是胶状物。
13:09
And we discovered发现 this glue may可能 be an interesting有趣 two-phase两相 mixture混合物.
194
777000
4000
而且我们发现这些胶状物可能是两种物质的混合物。
13:13
It certainly当然 helps帮助 it to hold保持 on.
195
781000
2000
这显然可以帮助我们抓住墙壁。
13:15
So to our blueprint蓝图, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
所以要在我们的蓝图上添加粘胶垫。
13:19
Now you might威力 think for smooth光滑 surfaces we get inspiration灵感 here.
197
787000
4000
现在你可以考虑光滑表面了,因为我们已经有了相应的灵感。
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
在这里我们有些更好的。
13:26
The gecko's壁虎 a really great example of nanotechnology纳米技术 in nature性质.
199
794000
3000
壁虎绝对是自然界中最好的纳米技术例子。
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
这些是他的脚。
13:31
They're -- almost几乎 look alien外侨. And the secret秘密, which哪一个 they stick on with,
201
799000
4000
他们看起来——甚至像外星人的脚。而且秘密在于
13:35
involves涉及 their hairy毛茸茸 toes脚趾.
202
803000
2000
他们有毛茸茸的脚趾头。
13:37
They can run up a surface表面 at a meter仪表 per second第二,
203
805000
4000
它们可以以1米/秒的速度在表面上移动。
13:41
take 30 steps脚步 in that one second第二 -- you can hardly几乎不 see them.
204
809000
3000
一秒钟内走30步——你几乎都看不到它们。
13:44
If we slow it down, they attach连接 their feet at eight milliseconds毫秒,
205
812000
3000
但如果我们将这一过程放慢,会发现它们的脚与表面接触时间仅为8毫秒,
13:47
and detach分离 them in 16 milliseconds毫秒.
206
815000
3000
而脚离开表面的时间仅为16毫秒。
13:50
And when you watch how they detach分离 it, it is bizarre奇异的.
207
818000
7000
当你观察它们是如何将脚与表面分开时,会感觉很奇怪。
13:57
They peel away from the surface表面 like you'd peel away a piece of tape胶带.
208
825000
5000
他们把脚从表面撕开,就像你把胶带撕开一样。
14:02
Very strange奇怪. How do they stick?
209
830000
3000
很奇怪。他们是怎么粘上的?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like叶状 structures结构 called linalaelinalae
210
833000
3000
观察他们的脚,你会发现这种叶状结构叫做linalae,
14:08
with millions百万 of hairs.
211
836000
1000
并且有成千上万的毛发。
14:09
And each hair头发 has the worst最差 case案件 of split分裂 ends结束 possible可能.
212
837000
3000
而且每根毛都分叉极为严重。
14:12
It has a hundred to a thousand split分裂 ends结束,
213
840000
3000
又分了成百上千个叉。
14:15
and that's the secret秘密, because it allows允许 intimate亲密 contact联系.
214
843000
3000
这就是秘密,因为这样可以更为亲密的接触物体表面。
14:18
The gecko壁虎 has a billion十亿 of these 200-nanometer-sized- 纳米大小的 split分裂 ends结束.
215
846000
4000
壁虎拥有10亿个这样200纳米大小的分叉。
14:22
And they don't stick by glue, or they don't work like Velcro尼龙搭扣, or they don't work with suction吸力.
216
850000
5000
它们不利用胶状物,不用尼龙搭扣,也不用吸附力。
14:27
We discovered发现 they work by intermolecular forces军队 alone单独.
217
855000
4000
我们发现它们只用分子间引力作用。
14:31
So to our blueprint蓝图, we split分裂 some hairs.
218
859000
4000
所以在我们的蓝图上,我们将一些毛发分叉。
14:35
This has inspired启发 the design设计 of the first self-cleaning自洁 dry adhesive胶粘剂 --
219
863000
3000
这也为第一个具有自我清洁能力的胶提供了设计灵感——
14:38
the patent专利 issued发行, we're happy快乐 to say.
220
866000
2000
而且这一项目也申请了专利,我们很开心的宣布。
14:40
And here's这里的 the simplest简单 version in nature性质,
221
868000
3000
这里是自然界中最简单的版本。
14:43
and here's这里的 my collaborator合作者 Ron罗恩 Fearing's恐惧的 attempt尝试
222
871000
3000
我的同事罗恩•菲尔凌试图
14:46
at an artificial人造 version of this dry adhesive胶粘剂 made制作 from polyurethane聚氨酯.
223
874000
5000
利用聚氨酯制造这种人工干胶。
14:51
And here's这里的 the first attempt尝试 to have it work on some load加载.
224
879000
3000
这是第一次试验将其粘在同样的表面上。
14:54
There's enormous巨大 interest利益 in this in a variety品种 of different不同 fields领域.
225
882000
3000
在很多领域里,人们都对其非常感兴趣。
14:57
You could think of a thousand possible可能 uses使用, I'm sure.
226
885000
3000
我敢保证你能想出上千种用途。
15:00
Lots of people have, and we're excited兴奋 about realizing实现 this as a product产品.
227
888000
5000
很多人发现了这是一种产品,我们对此也很激动。
15:05
We have imagined想象 products制品; for example, this one:
228
893000
2000
我们曾经想象过要制造这样的产品,比如:
15:08
we imagined想象 a bio-inspired仿生 Band-Aid创可贴, where we took the glue off the Band-Aid创可贴.
229
896000
5000
由生物启发的创可贴,这样我们可以不用在创可贴上用粘胶。
15:13
We took some hairs from a molting蜕皮 gecko壁虎;
230
901000
2000
我们在蜕皮的壁虎身上取得一些毛发;
15:15
put three rolls劳斯莱斯 of them on here, and then made制作 this Band-Aid创可贴.
231
903000
4000
将三卷毛发用在此处,制造出新的创可贴。
15:19
This is an undergraduate大学本科 volunteer志愿者 --
232
907000
2000
这是一位本科生志愿者——
15:21
we have 30,000 undergraduates本科生 so we can choose选择 among其中 them --
233
909000
3000
我们有三万个本科生,所以可以从他们之中挑选——
15:24
that's actually其实 just a red pen钢笔 mark标记.
234
912000
2000
这仅仅是个红色笔印。
15:26
But it makes品牌 an incredible难以置信 Band-Aid创可贴.
235
914000
2000
但这方法真的制造出了不可思议的创可贴。
15:28
It's aerated充气, it can be peeled去皮 off easily容易, it doesn't cause原因 any irritation刺激, it works作品 underwater水下.
236
916000
8000
其中添注了二氧化碳,可以被轻易地揭掉,不会带来小困扰,而且还具有防水功能。
15:36
I think this is an extraordinary非凡 example of how curiosity-based好奇心为主 research研究 --
237
924000
5000
这是一个很好的例子,来说明有好奇心而且启发的研究——
15:41
we just wondered想知道 how they climbed爬上 up something --
238
929000
2000
我们只是好奇它们如何爬上一些表面的——
15:43
can lead to things that you could never imagine想像.
239
931000
3000
可以引领你发现一些想不到的事情。
15:46
It's just an example of why we need to support支持 curiosity-based好奇心为主 research研究.
240
934000
4000
这是一个例子来说明为什么我们需要支持那些由好奇心启发的研究。
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid创可贴.
241
938000
3000
现在你撕掉创可贴。
15:53
So we've我们已经 redefined重新定义, now, what a foot脚丫子 is.
242
941000
4000
所以现在我们对脚重新进行了定义。
15:57
The question is, can we use these secrets秘密, then,
243
945000
2000
问题是,我们可否用这些秘密
15:59
to inspire启发 the design设计 of a better foot脚丫子, better than one that we see in nature性质?
244
947000
3000
来启发我们设计出比自然形成的更好的脚吗?
16:02
Here's这里的 the new project项目:
245
950000
2000
这里有一个新的项目:
16:04
we're trying to create创建 the first climbing攀登 search-and-rescue搜寻及救援 robot机器人 -- no suction吸力 or magnets磁铁 --
246
952000
6000
我们试图制造第一个可爬墙的搜索救援机器人——不用吸盘以及磁铁——
16:10
that can only move移动 on limited有限 kinds of surfaces.
247
958000
3000
可以在特定的表面上移动。
16:13
I call the new robot机器人 RiSE上升, for "Robot机器人 in Scansorial适于攀爬 Environment环境" -- that's a climbing攀登 environment环境 --
248
961000
5000
我称这个新机器人为RiSE, 是“攀登环境机器人”的简称——它可以爬墙。
16:18
and we have an extraordinary非凡 team球队 of biologists生物学家 and engineers工程师 creating创建 this robot机器人.
249
966000
4000
我们共同制造这个机器人的小组中有杰出的生物学家以及工程师。
16:22
And here is RiSE上升.
250
970000
2000
这就是RiSE。
16:26
It's six-legged六足 and has a tail尾巴. Here it is on a fence篱笆 and a tree.
251
974000
3000
它有6条腿和一条尾巴。这是它在一个篱笆上,还有在一颗树上。
16:29
And here are RiSE's上升的 first steps脚步 on an incline倾斜.
252
977000
4000
这是RiSE在倾斜的表面走出的第一步。
16:33
You have the audio音频? You can hear it go up.
253
981000
3000
你们有耳机吧?可以听到它往上走。
16:36
And here it is coming未来 up at you, in its first steps脚步 up a wall.
254
984000
6000
它在向你走来,第一次爬墙。
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Now it's only using运用 its simplest简单 feet here, so this is very new.
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990000
5000
这里它仅仅用最简单的脚,所以很新。
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But we think we got the dynamics动力学 right of the robot机器人.
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995000
3000
但是我想我们已经理解了这个机器人的动力装置。
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Mark标记 CutkoskyCutkosky, though虽然, is taking服用 it a step further进一步.
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999000
2000
马克•库特科斯基将这个实验更进一步。
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He's the one able能够 to build建立 this shape-deposition形状沉积 manufactured制成的 feet and toes脚趾.
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1001000
5000
他可以利用形状沉积制造的技术来制造这些脚以及趾头。
16:58
The next下一个 step is to make compliant兼容 toes脚趾,
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1006000
4000
下一步是要制造顺从听话的脚趾头。
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives粘合剂.
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1010000
2000
然后加上刺和爪子,再加上干胶。
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So the idea理念 is to first get the toes脚趾 and a foot脚丫子 right,
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1012000
3000
我们计划首先将脚趾和脚做好,
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attempt尝试 to make that climb, and ultimately最终 put it on the robot机器人.
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1015000
3000
然后试图让脚能在墙上爬行,最后在其上面安装机器人。
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And that's exactly究竟 what he's doneDONE.
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2000
他就是这么做的。
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He's built内置, in fact事实, a climbing攀登 foot-bot足机器人 inspired启发 by nature性质.
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5000
事实上,他制造出一个受自然启发的脚踏式爬墙机器人。
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And here's这里的 Cutkosky'sCutkosky的 and his amazing惊人 students'学生们' design设计.
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4000
这就是特科斯基以及他令人佩服的学生的设计作品。
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So these are tuned调整 toes脚趾 -- there are six of them,
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6000
这些就是调谐的脚趾——有6个,
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and they use the principles原则 that I just talked about collectively for the blueprint蓝图.
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9000
它们就将我刚才在蓝图上用到的原理综合起来。
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So this is not using运用 any suction吸力, any glue,
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2000
没有用到吸盘,或任何胶状物,
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and it will ultimately最终, when it's attached to the robot机器人 --
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3000
最终,当它被装到机器人身上后——
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it's as biologically生物 inspired启发 as the animal动物 --
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3000
由动物启发而来——
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hopefully希望 be able能够 to climb any kind of a surface表面.
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希望能在任何表面上爬行。
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Here you see it, next下一个, going up the side of a building建造 at Stanford斯坦福.
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5000
现在你看,接下来,它爬上斯坦福大学建筑的一面墙。
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It's sped加快 up -- again, it's a foot脚丫子 climbing攀登.
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1062000
3000
它加速了——它一直是用脚爬行。
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It's not the whole整个 robot机器人 yet然而, we're working加工 on it --
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2000
这还不是全部的机器人,我们仍在继续努力——
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now you can see how it's attaching附上.
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1067000
1000
现在你可以看到它是怎么爬上去的。
18:00
These tuned调整 structures结构 allow允许 the spines, friction摩擦 pads and ultimately最终 the adhesive胶粘剂 hairs
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6000
这些调谐的结构使得所有刺、摩擦垫以及最终的黏贴式毛发
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to grab onto very challenging具有挑战性的, difficult surfaces.
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3000
可以抓附住这些非常具有挑战性的表面。
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And so they were able能够 to get this thing -- this is now sped加快 up 20 times --
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1077000
4000
所以它们现在可以爬墙了——这个机器人加速了20倍——
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can you imagine想像 it trying to go up and rescue拯救 somebody at that upper floor地板? OK?
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4000
你能想象它爬上去救在上层的人吗?
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You can visualize想象 this now; it's not impossible不可能.
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2000
你完全可以这么设想了,不是不可能。
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It's a very challenging具有挑战性的 task任务. But more to come later后来.
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1087000
4000
这是一项非常具有挑战性的工作。但我们还有很多要做。
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To finish: we've我们已经 gotten得到 design设计 secrets秘密 from nature性质 by looking at how feet are built内置.
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1091000
4000
结束之际,我想说我们从自然中汲取设计灵感,当我们观察脚是如何构造时。
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We've我们已经 learned学到了 we should distribute分发 control控制 to smart聪明 parts部分.
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3000
我们学到应该把能力分配到重要的地方。
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Don't put it all in the brain,
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1098000
1000
别把想法都只放在脑子里,
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but put some of the control控制 in tuned调整 feet, legs and even body身体.
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1099000
4000
而是去琢磨琢磨调谐的足,腿甚至身体。
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That nature性质 uses使用 hybrid混合动力 solutions解决方案, not a single solution, to these problems问题,
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1103000
3000
自然界为解决这类问题都使用多种途径,绝不是单一途径,
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and they're integrated集成 and beautifully精美 robust强大的.
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3000
这些途径都完美的结合在一起,而且十分有效。
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And third第三, we believe strongly非常 that we do not want to mimic模仿者 nature性质 but instead代替 be inspired启发 by biology生物学,
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1109000
8000
第三,我们坚定的相信我们不要单纯模仿自然,而是要从生物中汲取灵感,
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and use these novel小说 principles原则 with the best最好 engineering工程 solutions解决方案 that are out there
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4000
然后利用这些新的原理以及最好的工程解决方案
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to make -- potentially可能 -- something better than nature性质.
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3000
来制造——有可能——比自然更好的东西。
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So there's a clear明确 message信息:
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2000
所以信息明确:
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whether是否 you care关心 about a fundamental基本的, basic基本 research研究
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1127000
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你很在意最基础的研究
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of really interesting有趣, bizarre奇异的, wonderful精彩 animals动物,
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1130000
3000
关于那些有趣、奇怪而奇妙的动物,
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or you want to build建立 a search-and-rescue搜寻及救援 robot机器人
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1133000
1000
或者你想制造一个可以用来搜寻以及营救的机器人
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that can help you in an earthquake地震, or to save保存 someone有人 in a fire,
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1134000
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来帮助你在地震或火灾中救人
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or you care关心 about medicine医学, we must必须 preserve保留 nature's大自然 designs设计.
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1137000
5000
再或你对医药很感兴趣,总之我们必须保留大自然的设计方案。
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Otherwise除此以外 these secrets秘密 will be lost丢失 forever永远.
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1142000
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否则这些秘密就将永远被丢失了。
19:17
Thank you.
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1145000
1000
谢谢。
Translated by Ke Xu
Reviewed by Zhu Jie

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ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Robert Full | Speaker | TED.com

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