TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
Робърт Фул за движението при животните
Filmed:
Readability: 3.7
890,074 views
Биологът Робърт Фул споделя видео в забавен каданс с някои пленителни създания. Погледнете по-отблизо бодливите крака, които позволяват на хлебарките да офейкват през уловки и покритите с наночетина стъпала, които позволяват на геконите да тичат право нагоре по стени.
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
Искам да си представите, че сте студент в моята лаборатория.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
Възложил съм ви да създадете биологично вдъхновен проект.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
И така, ето предизвикателството:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
Искам да ми помогнете да създам напълно триизмерен, динамичен, параметризиран контактен модел.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
Преводът на това е - бихте ли ми помогнали да изградя едно стъпало?
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
Това е истинско предизвикателство и наистина искам да ми помогнете.
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
Разбира се, при предизвикателството има награда.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
Не е точно наградата ТЕD, но е специална фланелка от нашата лаборатория.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
Затова моля, изпратете ми идеите си за това как да се проектира едно стъпало.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
Ако искаме да проектираме стъпало, какво трябва да направим?
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
Първо трябва да знаем какво представлява стъпалото.
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
Ако прибегнем към речника, там пише: "Това е долният край на крак,
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
който е в пряк контакт със земята при стоене или вървене."
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
Това е традиционното определение.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
Но ако наистина искате да проведете изследване, какво трябва да направите?
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
Трябва да прибегнете до литературата и да потърсите какво е известно за стъпалата.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
И така, прибягвате към литературата. (Смях)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
Тази литература може би ви е позната.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
Проблемът е, че има много, много стъпала.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
Как се прави това?
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
Трябва да проучите всички стъпала и да извлечете принципи за това как действат те.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
Искам да ми помогнете да го направим при следващия клип.
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
Като гледате този клип, търсете принципи,
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
мислете и за експерименти, които може да проектирате,
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
за да разберете как действа едно стъпало.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
Виждате ли някакви общи теми? Принципи?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
Какво бихте направили?
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
Какви експерименти бихте провели?
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
Уау. (Аплодисменти)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
Нашето проучване по биомеханиката на животинското придвижване
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
ни позволи да направим чертеж на стъпало.
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
Това е дизайн, вдъхновен от природата, но не е копие на никое определено стъпало, което току-що сте погледнали,
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
а синтез от тайните на много, много стъпала.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
Оказва се, че животните могат да отидат навсякъде.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
Те могат да се придвижват по субстрати, които варират, както видяхте -
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
по вероятността за контакт, движението на тази повърхност
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
и типа захвати за крака, които присъстват.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
Ако искаш да проучиш как действа едно стъпало,
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
ще трябва да стимулираме тези повърхности, или да стимулираме тези отломки.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
Когато направихме това, ето един нов експеримент, който направихме:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
поставихме едно животно и го накарахме да тича... този тревен паяк...
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
по повърхност с отстранени 99 процента от контактната повърхнина.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
Но това дори не забави животното.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
То все още тича с човешкия еквивалент на 300 мили в час.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
А как може да го прави? Ами, погледнете по-внимателно.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
Когато го забавим 50 пъти, виждаме как кракът удря тези симулирани отломки.
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
Кракът действа като стъпало.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
И всъщност животното осъществява контакт с други части от крака си
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
по-често от традиционно дефинираното стъпало.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
Стъпалото се разпределя по целия крак.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
Може да се проведе друг експеримент, при който може да се вземе хлебарка със стъпало
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
и може да се отстрани стъпалото.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
Подавам няколко хлебарки наоколо. Погледнете стъпалата им.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
Без стъпало, ето какво прави. Дори не забавя ход.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
Може да тича със същата скорост дори без този сегмент.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
Не е проблем за хлебарката - може да им пораснат пак, ако ви интересува.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
А как го правят?
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
Погледнете внимателно: това е забавено 100 пъти,
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
и гледайте какво прави с останалата част от крака си.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
Действа, отново, като разпределено стъпало.
05:17
very effective.
60
305000
2000
Много ефективно.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
Въпросът, който имахме, е: колко общо е едно разпределено стъпало?
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
Следващото поведение на това животно, което ще ви покажа, направо ни вцепени първия път, когато го видяхме.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
Журналистите, това е неофициално, над него има ембарго...
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
погледнете какво е това!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
Това е чифтокопитен октопод, маскиран като търкалящ се кокосов орех.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
Открит е от Кристина Хъфард
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
и заснет от "Сий Студиос", точно тук, от Монтерей.
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
Описахме също и друг вид чифтокопитен октопод.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
Той се маскира като плаващи водорасли.
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
Върви на два крака и държи другите ръце нагоре във въздуха, така че не може да го видят.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(Аплодисменти)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
Вижте какво прави със стъпалото си, за да преодолява труден терен.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
Използва това прекрасно разпределено стъпало, за да направи така, все едно тези пречки изобщо ги няма.
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
Наистина изключително.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
През 1951 г. Ешер прави тази рисунка. Смятал, че създава животинска фантазия.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
Но ние знаем, че изкуството имитира живота,
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
и се оказва, че природата, преди три милиона години, еволюирала следващото животно.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
Подобно на скарида животно, наречено стоматопод -
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
ето как се движи то по плажовете на Панама:
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
всъщност се търкаля, може да се търкаля дори и нагоре.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
Това е върховното разпределено стъпало; цялото му тяло в този случай действа като негово стъпало.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
Затова, ако искаме да добавим към проекта си първата важна черта,
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
трябва да добавим контакт с разпределено стъпало.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
Не само с традиционното стъпало, а и с крака,
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
и дори от тялото.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
Може ли това да ни помогне да вдъхновим дизайна на новаторски роботи?
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
Вдъхновихме биологично този робот, наречен RHex,
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
създаден от изключителни инженери в течение на последните няколко години.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
Отначало стъпалото на RHex беше доста просто,
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
после с времето се преобърна и в крайна сметка се получи този полукръг.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
Защо така? Видеото ще ви покаже.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
Гледайте как роботът осъществява контакт с крака си, за да се справи с този много труден терен.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
Това, което виждате всъщност, е, че той използва този полукръгъл крак като разпределено стъпало.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
Вижте го как минава над това.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
Виждате го добре тук, върху тези отломки.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
Изключително. Никакви сензори, целият контрол е вграден право в настроените крака.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
Наистина просто, но красиво.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
Може да сте забелязали още нещо за животните,
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
когато тичаха по неравния терен.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
Асистентът ми ще ми помогне тук.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
Когато пипна крака на хлебарката... може ли да му дадете микрофона?
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
Когато пипна крака на хлебарката, какво усети?
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
Забеляза ли нещо?
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
Момче: Бодлив.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
Робърт Фул: Бодлив, нали? Наистина е бодлив, нали? Малко боли.
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
Може да го дадем на нашия куратор и да видим дали ще е достатъчно смел да пипне хлебарката.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(Смях)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
Крис Андерсън: Ти пипал ли си я?
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
РФ: Ако се вгледате внимателно в това, виждате, че имат шипове
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
и допреди няколко седмици никой не знаеше за какво са те.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
Предполагаха, че са за защита и за сензорни структури.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
Открихме, че са за нещо друго... ето сегмент от този шип.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
Настроени са така, че лесно се огъват в една посока,
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
за да изтеглят крака от отломки,
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
но са твърди в другата посока, така че улавят несъразмерностите в повърхността.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
На раците не им липсват захвати за стъпала, защото обикновено се движат по пясък...
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
докато дойдат в нашата лаборатория.
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
Където имат проблем с тази мрежа,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
защото нямат шипове.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
Раците нямат шипове, затова имат проблем на този неравен терен.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
Но, разбира се, ние можем да се справим с това,
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
защото можем да направим изкуствени шипове.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
Можем да правим шипове, които се захващат по симулирани отломки
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
и се огъват при отстраняване за лесното им изтегляне.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
Направихме го, като поставихме на раците тези изкуствени шипове,
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
както виждате тук, а после ги изпитахме.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
Разбираме ли наистина този принцип на настройката? Отговорът е - да!
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
Това е забавено 20-кратно, ракът просто хвърчи през тези симулирани отломки.
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(Смях) (Аплодисменти)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
Малко по-добро от природата.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
И така, към нашия проект трябва да добавим настроени шипове.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
Ще ни помогне ли това да мислим за дизайна на по-ефективни катерачни роботи?
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
Е, ето го RHex... RHex има проблем по релси... по гладки релси, както виждате тук.
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
Тогава защо да не добавим шип? Колегите ми го направиха в "Ю Пен".
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
Дан Кодичек постави стоманени гвоздеи... много проста версия... на робота...
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
и ето го сега RHex, пресича тези стоманени... тези релси. Няма проблем!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
Как го прави?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
Да забавим, и ще видите шиповете в действие.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
Гледайте завъртането на крака, и ще видите как се захваща ето там.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
Не можеше да го прави преди - просто се подхлъзваше, засядаше и се катурваше.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
Гледайте отново, точно там... успешно.
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
Това, че имаме разпределено стъпало и гръбнаци,
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
не значи, че могат да се изкачват вертикални повърхности.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
Това е много, много трудно.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
Но вижте как го прави това животно!
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
Едно от тези, които подавам наоколо, е изкачване по тази вертикална повърхност, която е гладка метална плоча.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
Изключително е колко бързо може да го прави...
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
но ако го забавите, виждате нещо доста изключително.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
Това е тайна. Животното успешно се катери чрез приплъзване и вижте...,
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
и всъщност се справя ужасно, що се отнася до захващането по повърхността.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
Всъщност изглежда, все едно плува по повърхността.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
Можем да моделираме по-добре това поведение като течност, ако се вгледате в него.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
Разпределеното стъпало всъщност действа повече като гребло.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
Същото е вярно и когато гледахме как този гущер тича по флуидизиран пясък.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
Гледайте стъпалата му.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
Всъщност функционира като гребло,
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
въпреки че взаимодейства с повърхност, която обичайно смятаме за твърда.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
Не по-различно от това, което откри моята бивша студентка,
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
когато откри как гущерите могат да тичат по самата вода.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
Може ли да се използва това за създаване на по-добър робот?
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
Мартин Бюлер е успял... той сега е в "Бостън Дайнамикс"...
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
взел тази идея и превърнал RHex в Aqua RHex.
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
Ето го RHex с гребла,
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
превърнат сега в невероятно маневрен плуващ робот.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
При неравни повърхности обаче животните добавят нокти.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
И вероятно ги усещате, ако сте го хващали.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
Пипнахте ли го?
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
КА: Аз да.
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
РФ: И наистина се справят много добре в захващане за повърхности с тези нокти.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
Марк Къткоски в Станфордския университет, един от сътрудниците ми, е изключителен инженер,
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
който разви техника, наречена Производство чрез снемане на форма,
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
при която може да вгражда нокти направо в изкуствено стъпало.
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
Ето я най-простата версия на стъпало за един нов робот, която ще ви покажа след малко.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
И така, за нашия проект, да прикачим нокти.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
Ако погледнем животните обаче, за да са наистина маневрени на всички повърхности,
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
животните използват хибридни механизми,
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
включващи нокти, шипове, косми, възглавнички, лепило и капилярно залепване,
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
и цял куп други неща.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
Всички тези са от различни насекоми.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
Това е мравка, пълзяща нагоре по вертикална повърхност.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
Да погледнем тази мравка.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
Това е стъпалото на мравката. Виждате космите, ноктите и това нещо тук.
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
Това е, когато стъпалото й е във въздуха.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
Вижте какво се случва, когато стъпалото дойде върху сандвича ви.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
Виждате ли какво се случва?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
Тази възглавничка излиза. И там е лепилото.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
Тук отдолу е стъпало на мравка,
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
и когато ноктите не се забият, тази възглавничка излиза автоматично, без мравката да прави каквото и да било.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
Тя просто изпъква.
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
Трудно беше да се направи тази снимка... според мен това е снимка на стъпалото на мравката на суперстринга.
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
Затова е доста трудно да се направи.
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
Ето как изглежда отблизо...
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
тук е мравешкото стъпало, а там е лепилото.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
Открихме, че това лепило може да е интересна двуфазна смес.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
Със сигурност й помага да се задържи.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
Затова, за нашия чертеж, се придържаме към лепкави възглавнички.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
Може да решите, че за гладки повърхности се вдъхновяваме оттук.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
Тук имаме нещо по-добро.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
Геконът е наистина страхотен пример за нанотехнология в природата.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
Това са стъпалата му.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
Те са... изглеждат почти извънземни. А тайната, с която се залепват,
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
включва косматите пръсти на краката им.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
могат да тичат нагоре по повърхност с метър в секунда,
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
да правят 30 стъпки за тази една секунда... едва се виждат.
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
Ако го забавим, прикрепят стъпалата си за осем милисекунди
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
и ги отделят за 17 милисекунди.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
А като гледаш как ги отделят, е странно.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
Обелват ги от повърхността, както бихте белили парче скоч.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
Много странно. Как залепват?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
Ако погледнете краката им, те имат листоподобни структури, наречени линали
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
с милиони косми.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
И всеки косъм има възможно най-тежкия случай на цъфтящи краища.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
Има от сто до хиляда разцепени краища
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
и това е тайната, защото позволява близък контакт.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
Геконът има един милиард от тези разцепени краища с размер 200 нанометра.
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
Те не се лепят с лепило, нито пък действат с велкро или като вакуум.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
Открихме, че действат само чрез междумолекулни сили.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
Затова, за нашия проект, разцепихме някои косми.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
Това вдъхнови дизайна на първото самопочистващо се сухо лепило...
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
радваме се да кажем, че патентът е издаден.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
А ето и най-простата версия в природата -
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
това е опитът на моя сътрудник Рон Фиъринг
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
за изкуствена версия на това сухо лепило, направено от полиуретан.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
Ето и първия опит за действието му върху някакъв товар.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
Към това има огромен интерес в ред различни области.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
Сигурен съм, че могат да се измислят хиляда възможни начини за употреба.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
Както направиха много хора, и се вълнуваме от реализацията на това като продукт.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
Представяли сме си продукти, например този:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
представихме си биологично вдъхновен лейкопласт, при който свалихме лепилото от лейкопласта.
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
Взехме няколко косъма от гекон, който си сменя кожата;
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
сложихме три ролки от тях тук и направихме този лейкопласт.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
Това е студент-доброволец...
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
имаме 30 000 студенти, така че може да избираме сред тях...
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
това всъщност е само червен белег от химикалка.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
Но така се получава невероятен лейкопласт.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
Аериран е, може да се отлепя лесно, не причинява никакво раздразнение, водоустойчив е.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
Според мен това е изключителен пример за това как основаното върху любопитство изследване...
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
просто се чудехме как се катерят нагоре по нещо...
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
може да доведе до неща, каквито не можете и да си представите.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
Просто пример за това защо трябва да подкрепяме основаното върху любопитство изследване.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
Ето, сваляне на лейкопласта.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
И така, сега предефинирахме какво е стъпало.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
Въпросът е - можем ли тогава да използваме тези тайни,
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
за да вдъхновим проект за по-добро стъпало, по-добро от това, което виждаме в природата?
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
Ето новия проект:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
опитваме се да създадем първия катерещ се робот за търсене и спасяване... без вакуум и магнити...
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
който може да се движи само по ограничени видове повърхности.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
Нарекох новия робот RiSE - Робот в катерачна среда (Robot in Scansorial Environment);
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
изключителен екип биолози и инженери създават този робот.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
Ето го RiSE.
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
Шестокрак е и има опашка. Ето го на ограда и на дърво.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
Ето ги и първите стъпки на RiSE по наклон.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
Имате ли аудиото? Чувате го как се изкачва.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
Ето го, идва нагоре към вас, при първите си стъпки нагоре по стена.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
Тук използва само най-простото си стъпало, това е нещо съвсем ново.
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
Но смятаме, че сме уловили точно динамиката на робота.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
Марк къткоски обаче стига една стъпка по-далеч.
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
Той успя да изгради тези произведени чрез снемане на форма стъпала и пръсти на краката.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
Следващата стъпка е да се направят услужливи пръсти на краката,
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
опити да се добавят шипове и нокти, и да се настрои за сухи лепила.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
Идеята е първо да се нагласят пръстите на крака и стъпалото,
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
опита за изкачване, и в крайна сметка да се постави на робота.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
И точно това е направил той.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
Всъщност, изгради катерещ се стъпален бот, вдъхновен от природата.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
А ето проекта на Къткоски и изумителните му студенти.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
Това са настроени пръсти на крака... шест са
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
и използват принципите, за които току-що говорих, вкупом за чертежа.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
Не се използва вакуум, лепило
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
и в крайна сметка, когато е прикачен към робота...
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
толкова биологично вдъхновен е, колкото и животното...
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
да се надяваме, ще може да се изкачва по всякакъв вид повърхност.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
Тук го виждате, да се изкачва по сграда в Станфорд.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
Ускорено е... отново, това е изкачващо се стъпало.
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
Все още не е целият робот, работим по него...
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
сега виждате как се захваща.
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
Тези настроени структури позволяват на шиповете, възглавничките за триене и накрая на залепващите косми
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
да се захващат за много предизвикателни, трудни повърхности.
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
И така успяха да получат това... това сега е ускорено 20 пъти...
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
можете ли да си представите да се опитвате да се качите и да спасите някого на онзи горен етаж? Нали така?
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
Сега може да се визуализира, не е невъзможно.
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
Много предизвикателна задача. Но следва и още.
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
За да завършим: получихме тайни на дизайна от природата чрез разглеждане строежа на стъпалата.
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
Научихме, че трябва да разпределяме контрола към малки части.
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
Да не се поставя целият в мозъка,
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
285
1099000
4000
а да се постави част от контрола в настроени стъпала, крака и дори тяло.
18:35
That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
286
1103000
3000
Че природата използва хибридни решения, а не едно-единствено решение, за тези проблеми,
18:38
and they're integrated and beautifully robust.
287
1106000
3000
те са интегрирани и невероятно жизнеспособни.
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 трето, силно вярваме, че не искаме да имитираме природата, а да се вдъхновяваме от биологията
18:49
and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
289
1117000
4000
и да използваме тези новаторски принципи с най-добрите съществуващи инженерни решения,
18:53
to make -- potentially -- something better than nature.
290
1121000
3000
за да правим... потенциално... нещо по-добро от природата.
18:57
So there's a clear message:
291
1125000
2000
Така че има ясно съобщение:
18:59
whether you care about a fundamental, basic research
292
1127000
3000
независимо дали ви интересува фундаментално, основно проучване
19:02
of really interesting, bizarre, wonderful animals,
293
1130000
3000
на много интересни, странни, чудесни животни,
19:05
or you want to build a search-and-rescue robot
294
1133000
1000
или искате да изградите робот за търсене и спасяване,
19:06
that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
295
1134000
3000
който може да ви помогне при земетресение, или да спаси някого при пожар,
19:09
or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
296
1137000
5000
или се интересувате от медицина, трябва да пазим дизайна на природата.
19:14
Otherwise these secrets will be lost forever.
297
1142000
3000
Иначе тези тайни ще бъдат изгубени завинаги.
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
Благодаря.
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