TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
روبرت فول: أسرار أقبح مخلوقات الطبيعة ، حُوّلت إلى روبوت
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
كيف يستطيع الروبوت أن يتعلم الثبات على الأسطح الخشنة ، المشي رأساً على عقب ، القيام بحركات بهلوانية في الهواء ثم القفز على الجدران بدون أن يؤذي نفسه ؟ روبرت فول يلقي نظرة على جسم الصرصور المعقد ليوضّح ماذا يمكن أن يتعلمه مهندسو الروبوتات منه .
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
Even nature's most disgusting creatures
0
930
2904
حتى أقبح المخلوقات في الطبيعة
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
لديها أسرار مهمة ،
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
لكن من يريد سرباً من الصراصير
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
أن يقترب منه ؟
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
أعظم الفروقات بين الطبيعة وتكنولوجيا البشر
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
تُنسب إلى المتانة .
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
نظام المتانة ثابت في البيئات المعقدة
00:29
and new environments.
7
17284
1721
والجديدة .
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
بشكل بارز ، تقدر الصراصير على الثبات
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
أثناء الجري على مناطق وعرة .
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
عندما وضعنا عليهم حقيبة نفاثة ،
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
أو أحدثنا لهم اهتزاز مثل الزلزال ،
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
اكتشفنا أنهم بأعجوبة يثنون أقدامهم
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
لتسمح لهم بتثبيت أنفسهم
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
بدون استخدام أي مجهود عصبي .
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
يستطيعون المشي فوق سطح معقد مثل العشب ،
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
بلا مشكلة ، وبدون أن يختل توازنهم .
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
اكتشفنا سلوك جديد حيث ،
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
أنه وبسبب شكلهم ،
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
أنهم يلتفون تلقائياً إلى جانبهم
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
ليجتازون اختبار العشب الصناعي .
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
أنظمة متينة تستطيع تأدية عدة مهام
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
بنفس التركيب .
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
هنا سلوك جديد قمنا باكتشافه .
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
هذه الكائنات تنقلب بسرعة وتختفي
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
في أقل من 150 جزء من الثانية ، ولا تراها أبداً ،
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
باستخدام نفس الأعضاء التي تساعدها في الجري ، أقدامها .
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
تستطيع الجري مقلوبة رأساً على عقب
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
وبسرعة هائلة على القضبان ، الأغصان والأسلاك ،
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
واذا قمت بتحريك واحد من تلك الأغصان ،
01:19
they can do this.
30
67087
1793
يستطيعون عمل هذا .
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
يقومون بحركات بهلاوانية
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
لا يشبهها أي روبوت حتى الآن .
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
كما أن لديها عدد لا محدود تقريباً
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
من تلك الحركات باستخدام نفس التركيب
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
ومنفذ لا مثيل له لمجموعة
01:33
of different areas.
36
81136
4270
مختلفة من المناطق .
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
تمتلك أجنحة للطيران عندما تشعر بالحر ،
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
كما أنها أيضاً تستخدم تلك الأجنحة للإنقلاب
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
في حال تعرضها لعدم التوازن .
01:46
Very effective.
40
94600
1297
فعالة جداً .
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
أنظمة متينة أيضاً ممتصة للصدمات وآمنة في السقوط .
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
هذه هي رجل الصرصور .
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
لها أشواك ، وسائد لاصقة ومخالب ،
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
حتى لو خلعت هذه الأرجل ،
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
لا يزال بإمكانها المشي على الأسطح الخشنة ،
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
كما ترون في الفيديو السفلي ،
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
بدون أن تبطئ من سرعتها ، غير عادية .
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
تستطيع أيضاً أن تتسلق شبكة بلا أرجل .
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
هنا ترون كائن يستخدم قوائمه الثلاثة الطبيعية البديلة :
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
ثلاثة أرجل ، ثلاثة أرجل ، ثلاثة أرجل ،
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
لكن في الطبيعة ، هذه الحشرات غالباً ما تفقد أرجلها .
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
هنا ترون آخر يتحرك بعد فقدان أرجله الوسطى .
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
يمكن أن يفقد حتى ثلاثة أرجل ، في ثلاثي القوائم ،
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
ويطور مشية جديدة ، مشية عرجاء .
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
وأنبه إلى أن هذه الفيدوهات
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
تمت تبطئتها 20 مرة ،
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
بالتالي هم بالفعل سريعون جداً ، عندما ترى هذا .
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
أنظمة متينة مقاومة أيضاً للصدمات .
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
هنا كائن يتسلق الحائط .
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
يبدو تسلق سريع ، مريح وعمودي ،
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
لكن عندما تقوم بتبطئته ،
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
ترى شئ مختلف تماماً .
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
إليكم ما يفعلونه .
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
يقومون عمداً ورؤوسهم للأعلى بالاصطدام بالحائط
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
بدون أن يقللون من سرعتهم يستطيعون الانتقال عليه
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
في 75 جزء من الثانية .
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
يستطيعون فعل ذلك بسهولة لأن لديهم
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
هياكل خارجية غير اعتيادية .
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
مصممة كلياً من مفاصل متوافقة
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
عبارة عن صفائح و أنابيب
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
متصلة ببعضها البعض .
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
هنا ترون تشريح لبطن صرصور .
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
ترون الصفائح ، والغشاء المتوافق معها .
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
زميلي المهندس في بيركيلي
03:12
designed with his students
75
180766
1124
صمم مع تلاميذه
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
تقنية صناعية بارعة
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
حيث قام مبدئياً بصنع الهيكل الخاريجي مثل الأوريغامي
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
قطعه بأشعة الليزر ، لمّعه ،
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
وبعدها قام بثنيه على شكل روبوت .
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
وتستطيع القيام بذلك الآن في أقل من 15 دقيقة .
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
هذه الروبوتات ، تدعى داش (DASH)
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
اختصار لـ ( ديناميكية ذاتية متمددة سداسية الأرجل ) ،
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
روبوتات عالية المرونة ،
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
ومتينة بشكل ملحوظ نتيجة
03:39
of these features.
85
207887
1803
لهذه الخصائص .
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
كما أنها بالتأكيد مضادة للصدمات .
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
( ضحك )
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
كما أن لديها أيضاً بعض من سلوك الصاصير .
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
فتستطيع باستخدام أجسادها الذكية والمرنة
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
أن تتنقل على الحائط
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
بطريقة بسيطة جداً .
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
لديها أيضاً بعض من بدائيات
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
سلوك الإنقلاب السريع
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
حيث تختفي عن الأنظار .
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
والآن نريد أن نعرف لماذا يتواجدون في كل الأمكنة .
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
لقد اكتشفنا أنهم يستطيعون الدخول
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
في فتحة من 3 مليمترات ،
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
بارتفاع عملتين معدنية ، عملتين متلاصقتين ،
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
وعندما يفعلون ذلك ،
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
يستطيعون بالفعل الجري خلال هذه الأماكن الضيقة
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
وبسرعة عالية ،
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
وبالرغم من ذلك لا تراهم أبداً .
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
ولفهم ذلك بشكل أفضل ،
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
قمنا بعمل أشعة مقطعية للهيكل الخارجي
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
وأظهرت أنهم يستطيعون ضغط أجسادهم
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
بنسبة تفوق الـ 40 % .
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
وقد وضعناهم في جهاز لاختبار المواد
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
لنرى ماهو تحليل جهد الضغط
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
وقد أظهرت أنها تستطيع تحمل ضغط
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
800 ضعف وزنها ،
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
وبعد ذلك تستطيع الطيران والجري
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
بطريقة عادية جداً .
04:41
So you never know where
113
269875
1723
أن لا تعلمون أبداً إلى أين
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
يقود البحث المبني على الفضول ،
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
وقد تودون يوماً أن ترون سرباً
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
من الروبوتات المستلهمة من الصراصير
04:50
to come at you.
117
278405
2414
أن تأتي إليكم .
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
( ضحك )
04:59
Thank you.
119
287940
1557
شكراً لكم .
05:01
(Applause)
120
289497
1286
( تصفيق )
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