TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Робърт Фул: Тайните на най-противните природни създания, приложени в роботите
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
Как да научим роботите да са стабилни на неравен терен, да ходят с главата надолу, да извършват гимнастически маневри във въздуха и да тичат по стените, без да си навредят? Робърт Фул разглежда невероятното тялото на хлебарката, за да покаже на какво може да научи то инженерите по роботика.
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
Дори най-отвратителните природни създания
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
имат важни тайни.
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
Но кой би искал гъмжило хлебарки
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
да идва към него?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Все още една от най-големите разлики
между природните и човешките технологии
между природните и човешките технологии
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
е свързана с устойчивостта.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Устойчивите системи са стабилни в комплексна
00:29
and new environments.
7
17284
1721
и в нова среда.
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
Забележително е, че хлебарките могат
да стабилизират самостоятелно
да стабилизират самостоятелно
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
бягането си през неравен терен.
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
Когато им сложим ракетен пояс
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
или ги стръскаме, като земетресение
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
установяваме, че удивително настроените им крака
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
им позволяват да се стабилизират
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
без употреба на интелект.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Те могат да минават през комплексен терен, като трева -
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
няма проблем. И не губят стабилност.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
Открихме и ново поведение.
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
Заради своята форма
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
те автоматично се обръщат на една страна,
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
за да преминат през тази изкуствена трева.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Устойчивите системи могат да
изпълняват множество задачи
изпълняват множество задачи
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
с една и съща структура.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
Ето едно ново поведение, което открихме.
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
Гадинките бързо се обръщат и изчезват
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
за по-малко от 150 милисекунди -
никога не ги виждате -
никога не ги виждате -
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
използвайки същата структура, която
ползват и за бягане - краката си.
ползват и за бягане - краката си.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Те могат да бягат с главата надолу
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
много бързо по пръчки, клонки и жици
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
и ако разклатите някоя,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
могат да направят това.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Притежават гимнастическа маневреност,
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
каквато никой робот все още няма.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
Те имат почти неограничена
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
маневреност с една и съща структура
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
и безпрецедентен достъп до много
01:33
of different areas.
36
81136
4270
и различни места.
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
Те имат крила за летене, когато им стане топло,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
но ги използват и за преобръщане
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
ако бъдат дестабилизирани.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Много ефективно.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Устойчивите системи са също така
толерантни към грешки и са безотказни.
толерантни към грешки и са безотказни.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Това е крак на хлебарка.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Той има бодли, лепкави тампони и нокти,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
но ако ги махнете,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
те пак могат да минат през неравен терен,
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
както се вижда на долното видео,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
почти без забавяне. Изключително.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Те могат да изкачат мрежата с липсващи крака.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Ето една, използваща редуване на три крака:
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
три крака, три крака, три крака...
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
Но в природата насекомите често губят крака.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Ето една, движеща се без двата средни.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Тя може да загуби и трите крака в триножника
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
и да усвои нова походка, подскачаща.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
И отбелязвам, че всички тези клипове
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
са забавени двадесеткратно,
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
така че това, което виждате,
всъщност е много бързо.
всъщност е много бързо.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Устойчивите системи издържат и на повреди.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
Ето една твар катереща се по стена.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Изглежда е едно бързо, плавно, отвесно катерене,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
но когато го забавим,
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
виждате нещо много различно.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Ето какво правят.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Те умишлено се удрят челно в стената
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
за да не загубят скорост и извършат преминаването
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
за 75 милисекунди.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
Могат го отчасти благодарение на
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
изключителния екзоскелет, който имат.
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
Те наистина са съставени от еластични съединения,
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
тръбички и плочки
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
съединени една с друга.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Ето една дисекция на корема на хлебарка.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Виждате плочките и еластичните мембрани.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Мой инженерен колега в Бъркли
03:12
designed with his students
75
180766
1124
проектира със студентите си
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
нова производствена техника,
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
където екзоскелета е като оригами,
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
изрязвате с лазер, ламинирате
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
и го сгъвате да стане робот.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
Може да го направите за по-малко от 15 мин.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Тези роботи, наречени ДАПШ,
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
от Динамичен Автономен Проснат Шестоног,
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
са много гъвкави
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
и забележително устойчиви, като резултат
03:39
of these features.
85
207887
1803
от тези черти.
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
Те наистина са невероятно повредоустойчиви.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Смях)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
Те дори имат поведение на хлебарки.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
Могат да използват своето умно, гъвкаво тяло
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
за преминаване към катерене по стена
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
по много прост начин.
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
Имат в поведението си дори някои наченки
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
на бързото преобръщане
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
и изчезване.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
Искаме да знаем как [хлебарките] минават отвсякъде.
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
Открихме, че могат да преминат през
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
три милиметрови пролуки,
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
височината на две пенита едно върху друго
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
и че когато го правят,
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
могат да пробягат тези затворени пространства
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
с пълна скорост,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
макар че никога не го виждате.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
За да го разберем по-добре
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
направихме компютърна
томография на екзоскелета
томография на екзоскелета
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
и показахме, че могат да смачкват тялото си
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
с над 40%.
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
Сложихме ги в стенд за изпитване на материали,
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
да погледнем анализа на деформацията при натиск
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
и показахме, че могат да издържат сили
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
800 пъти по-големи от теглото им
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
и след това да летят и бягат
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
абсолютно нормално.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Така, че никога не се знае докъде
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
ще доведе изследване, основано на любопитство
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
и някой ден може да поискате рояк
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
роботи, вдъхновени от хлебарките,
04:50
to come at you.
117
278405
2414
да дойде при вас.
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Смях)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Благодаря ви.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Аплодисменти)
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