TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
Робърт Фул за инженеринга и еволюцията
Filmed:
Readability: 3.6
1,087,679 views
При насекомите и животните са еволюирали някои изумителни умения - но, както отбелязва Робърт Фул, всъщност много животни са прекалено проектирани. Номерът е да се копира само онова, което е необходимо. Той показва как човешките инженери могат да се учат от номерата на животните.
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.
00:19
Welcome. If I could have the first slide, please?
0
1000
5000
Добре дошли. Може ли първия кадър, моля?
00:33
Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
1
15000
5000
Противно на изчисленията, правени от някои инженери, пчелите могат да летят,
00:38
dolphins can swim, and geckos can even climb
2
20000
7000
делфините могат да плуват, а гущерите могат дори да се катерят
00:45
up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
3
27000
6000
нагоре по най-гладките повърхности. За краткото време, с което разполагам,
00:51
is to try to allow each of you to experience
4
33000
4000
искам да се опитам да позволя на всеки от вас да преживее
00:55
the thrill of revealing nature's design.
5
37000
6000
някак тръпката от разкриването на природния дизайн.
01:01
I get to do this all the time, and it's just incredible.
6
43000
2000
Имам възможност да го правя постоянно, и е просто невероятно.
01:03
I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
7
45000
6000
Искам да се опитам да споделя само малка частица от това с вас в тази презентация.
01:09
The challenge of looking at nature's designs --
8
51000
2000
Предизвикателството от разглеждането на природния дизайн...
01:11
and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
9
53000
4000
ще ви кажа как го възприемаме и как сме го използвали.
01:15
The challenge, of course, is to answer this question:
10
57000
2000
Предизвикателството, разбира се, е да се отговори на този въпрос:
01:17
what permits this extraordinary performance of animals
11
59000
3000
Какво позволява съществуването на това изключително постижение на животните,
01:20
that allows them basically to go anywhere?
12
62000
3000
което им позволява по същество да ходят навсякъде?
01:23
And if we could figure that out, how can we implement those designs?
13
65000
7000
А дали ние можем да открием как да прилагаме този дизайн?
01:30
Well, many biologists will tell engineers, and others,
14
72000
3000
Е, много биолози ще кажат на инженери и други,
01:33
organisms have millions of years to get it right;
15
75000
3000
че организмите имат милиони години, за да го докарат, както трябва,
01:36
they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
16
78000
3000
те са зрелищни, могат да правят всичко чудесно.
01:39
So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
17
81000
4000
Затова отговорът е биомимикрия - просто пряко копиране на природата.
01:43
We know from working on animals that the truth is
18
85000
5000
Знаем от работа с животни, че истината е,
01:48
that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
19
90000
4000
че точно това не трява да се прави. Защото еволюцията действа
01:52
on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
20
94000
3000
на принципа "колкото-толкова", не на принцип за усъвършенстване.
01:55
And the constraints in building any organism, when you look at it,
21
97000
4000
А пречките при построяването на който и да е организъм, като се вгледаш,
01:59
are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
22
101000
5000
са наистина сурови. Природните технологии имат невероятни препятствия.
02:04
Think about it. If you were an engineer and I told you
23
106000
3000
Помислете за това. Ако сте инженер и ви кажа,
02:07
that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
24
109000
5000
че трябва да построите автомобил, но отначало трябва първо да е ето толкова голям,
02:12
then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
25
114000
4000
после трябва да израсне до пълен размер и да работи на всяка стъпка по пътя.
02:16
Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it --
26
118000
4000
Помислете за факта, че ако построите автомобил, ще ви кажа, че в него също
02:20
have to put a factory that allows you to make another automobile.
27
122000
4000
трябва да сложите фабрика, която ви позволява да направите друг автомобил.
02:24
(Laughter)
28
126000
2000
(Смях)
02:26
And you can absolutely never, absolutely never, because of history
29
128000
4000
И не можете абсолютно никога, абсолютно никога, заради историята
02:30
and the inherited plan, start with a clean slate.
30
132000
4000
и наследения план, да започнете от нулата.
02:34
So, organisms have this important history.
31
136000
3000
И така, организмите имат тази важна история.
02:37
Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
32
139000
5000
Наистина, еволюцията работи повече като калайджия, отколкото като инженер.
02:42
And this is really important when you begin to look at animals.
33
144000
3000
А това е наистина важно, когато започнеш да разглеждаш животните.
02:45
Instead, we believe you need to be inspired by biology.
34
147000
7000
Вярваме, че вместо това е нужно да си вдъхновен от биологията.
02:52
You need to discover the general principles of nature,
35
154000
4000
Нужно е да откриваш общите принципи на природата,
02:56
and then use these analogies when they're advantageous.
36
158000
3000
а после да използваш тези аналогии, когато са благоприятни.
03:02
This is a real challenge to do this, because animals,
37
164000
3000
Да се прави това е истинско предизвикателство,
03:05
when you start to really look inside them -- how they work --
38
167000
3000
защото животните, като започнеш наистина да се вглеждаш вътре в тях, как действат,
03:08
appear hopelessly complex. There's no detailed history
39
170000
4000
изглеждат безнадеждно сложни. Няма подробна история
03:12
of the design plans, you can't go look it up anywhere.
40
174000
3000
на проектните планове, не може да отидеш да ги видиш никъде.
03:15
They have way too many motions for their joints, too many muscles.
41
177000
4000
Имат твърде много движения в ставите си, твърде много мускули,
03:19
Even the simplest animal we think of, something like an insect,
42
181000
3000
дори най-простото насекомо, за което се сетим - нещо като насекомо,
03:22
and they have more neurons and connections than you can imagine.
43
184000
3000
и имат повече неврони и връзки, отколкото може да си представите.
03:25
How can you make sense of this? Well, we believed --
44
187000
5000
Как да се осмисли това? Е, ние вярвахме...
03:30
and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
45
192000
5000
нашата хипотеза беше... че един начин животните да действат просто
03:35
is if the control of their movements
46
197000
3000
е, ако има тенденция контролът на движенията им
03:38
tended to be built into their bodies themselves.
47
200000
6000
да е вграден в самите им тела.
03:44
What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
48
206000
7000
Открихме, че животните с два, четири, шест и осем крака
03:51
all produce the same forces on the ground when they move.
49
213000
3000
всички произвеждат едни и същи сили на земята, когато се движат.
03:54
They all work like this kangaroo, they bounce.
50
216000
4000
Всички действат като това кенгуру - скачат.
03:58
And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
51
220000
4000
И могат да бъдат моделирани чрез пружинна масова система, която наричаме пружинна масова система,
04:02
because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
52
224000
3000
защото сме биомеханици, а всъщност е пружина за скачане.
04:05
They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
53
227000
4000
Всички изпълняват схемата на пружина за скачане. Как може да е вярно това?
04:09
Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
54
231000
6000
Ами, един човек - един от вашите крака действа като два крака на подтичващо куче,
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
55
237000
4000
или действа като три крака заедно като един на подтичващо насекомо,
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
56
241000
2000
или четири крака като един при подтичващ рак.
04:21
And then they alternate in their propulsion,
57
243000
4000
А после се сменят за оттласкване,
04:25
but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
58
247000
5000
но всички схеми са едни и същи. Почти всеки организъм, който сме разглеждали по този начин...
04:30
-- you'll see next week, I'll give you a hint,
59
252000
2000
ще видите следващата седмица... ще ви подскажа -
04:32
there'll be an article coming out that says that really big things
60
254000
3000
ще излезе една статия, в която се казва, че наистина големите животни
04:35
like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
61
257000
4000
като тиранозавър рекс вероятно не са могли да правят това, но ще видите следващата седмица.
04:39
Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
62
261000
2000
Интересното е, че животните, както казахме, подскачат
04:41
the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
63
263000
3000
по вертикалната равнина ето така, и при сътрудничеството си
04:44
in "A Bug's Life," we discussed the
64
266000
2000
с Пиксар и "Животът на една буболечка" дискутирахме
04:46
bipedal nature of the characters of the ants.
65
268000
3000
чифтокопитната природа на героите-мравки.
04:49
And we told them, of course, they move in another plane as well.
66
271000
2000
И им казахме - разбира се, те се движат и в друга плоскост,
04:51
And they asked us this question. They say, "Why model
67
273000
3000
а те ни зададоха този въпрос. Попитаха: "Защо да моделираме
04:54
just in the sagittal plane or the vertical plane,
68
276000
2000
само в стреловидната равнина или вертикалната равнина,
04:56
when you're telling us these animals are moving
69
278000
2000
щом вие ни казвате, че тези животни се движат
04:58
in the horizontal plane?" This is a good question.
70
280000
3000
в хоризонталната равнина?" Това е добър въпрос.
05:01
Nobody in biology ever modeled it this way.
71
283000
3000
Никой в биологията никога не го е моделирал по този начин.
05:04
We took their advice and we modeled the animals moving
72
286000
4000
Приехме съвета им и моделирахме животните,
05:08
in the horizontal plane as well. We took their three legs,
73
290000
3000
движещи се също и в хоризонталната равнина. Взехме трите им крака,
05:11
we collapsed them down as one.
74
293000
1000
огънахме ги като един,
05:12
We got some of the best mathematicians in the world
75
294000
3000
повикахме някои от най-добрите математици в света
05:15
from Princeton to work on this problem.
76
297000
2000
от Принстън да работят по тази задача.
05:17
And we were able to create a model
77
299000
3000
И успяхме да създадем модел,
05:20
where animals are not only bouncing up and down,
78
302000
1000
при който животните не само скачат нагоре-надолу,
05:21
but they're also bouncing side to side at the same time.
79
303000
4000
а в същото време скачат и от едната на другата страна.
05:25
And many organisms fit this kind of pattern.
80
307000
2000
Много организми се вписват в тази схема.
05:27
Now, why is this important to have this model?
81
309000
2000
А защо е толкова важно да имаме този модел?
05:29
Because it's very interesting. When you take this model
82
311000
3000
Защото е много интересно. Като вземеш този модел
05:32
and you perturb it, you give it a push,
83
314000
3000
и го обезпокоиш, тласкаш го
05:35
as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
84
317000
4000
и той се блъска в нещо, се самостабилизира, без мозък
05:39
or no reflexes, just by the structure alone.
85
321000
4000
и без рефлекси, само чрез самата структура.
05:43
It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
86
325000
5000
Това е красив модел. Да разгледаме математиката.
05:48
(Laughter)
87
330000
2000
(Смях)
05:50
That's enough!
88
332000
1000
Стига толкова.
05:51
(Laughter)
89
333000
4000
(Смях)
05:55
The animals, when you look at them running,
90
337000
2000
Животните - като ги погледнеш как тичат,
05:57
appear to be self-stabilizing like this,
91
339000
3000
като че ли се самостабилизират така,
06:00
using basically springy legs. That is, the legs can do
92
342000
3000
по същество чрез пружиниращи крака. Тоест, краката
06:03
computations on their own; the control algorithms, in a sense,
93
345000
3000
могат да правят изчисления самостоятелно, контролните алгоритми
06:06
are embedded in the form of the animal itself.
94
348000
3000
в известен смисъл са вградени във формата на самото животно.
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
95
351000
7000
А защо не сме били по-вдъхновени от природата и този тип откритие?
06:16
Well, I would argue that human technologies are really different from
96
358000
4000
Е, бих твърдял, че човешките технологии са наистина различни
06:20
natural technologies, at least they have been so far.
97
362000
3000
от природните технологии, поне досега.
06:23
Think about the typical kind of robot that you see.
98
365000
5000
Помислете за типичния вид робот, който виждате.
06:28
Human technologies have tended to be large, flat,
99
370000
3000
Човешките технологии имат склонност да са големи, плоски,
06:31
with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
100
373000
5000
с прави ъгли, вцепенени, направени от метал. Имат търкалящи се устройства
06:36
and axles. There are very few motors, very few sensors.
101
378000
3000
и полуоси. Има много малко мотори, много малко сензори.
06:39
Whereas nature tends to be small, and curved,
102
381000
5000
А в природата има склонност към малки, извити неща,
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
103
386000
3000
те се огъват, усукват и вместо това имат крака и израстъци,
06:47
and has many muscles and many, many sensors.
104
389000
3000
имат много мускули и много, много сензори.
06:50
So it's a very different design. However, what's changing,
105
392000
4000
Така че това е много различен дизайн. Но онова, което се променя,
06:54
what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
106
396000
2000
което е наистина вълнуващо... и ще ви покажа малко от него после...
06:56
is that as human technology takes on more of the characteristics
107
398000
3000
е, че докато човешката технология поема повече от характеристиките
06:59
of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
108
401000
6000
на природата, тогава природата наистина може да стане много по-полезен учител.
07:05
And here's one example that's really exciting.
109
407000
2000
Ето един наистина вълнуващ пример.
07:07
This is a collaboration we have with Stanford.
110
409000
2000
За това си сътрудничим със Станфорд.
07:09
And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
111
411000
4000
Те развиха тази нова техника, наречена "Производство със снемане на форма".
07:13
It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
112
415000
4000
Това е техника, при която могат да смесят материали заедно, да отлеят която и да било форма,
07:17
that they like, and put in the material properties.
113
419000
4000
която им хареса, и да вложат вътре свойствата на материала.
07:21
They can embed sensors and actuators right in the form itself.
114
423000
3000
Могат да вграждат сензори и двигатели направо в самата форма.
07:24
For example, here's a leg: the clear part is stiff,
115
426000
5000
Например, ето един крак... прозрачната част е вдървена,
07:29
the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
116
431000
3000
бялата част е гъвкава и не ви трябват никакви полуоси или каквото и да било.
07:32
It just bends by itself beautifully.
117
434000
3000
Просто се огъва само прекрасно.
07:35
So, you can put those properties in. It inspired them to show off
118
437000
3000
И така, може да се вложат тези свойства. Това ги вдъхновило да покажат
07:38
this design by producing a little robot they named Sprawl.
119
440000
6000
този дизайн, като направят малък робот, когото нарекли Спроул.
07:44
Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
120
446000
4000
Нашата работа също вдъхнови един робот - биологично вдъхновен скачащ робот
07:48
from the University of Michigan and McGill
121
450000
2000
от университета на Мичиган и МакГил,
07:50
named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
122
452000
8000
наречен RHex - от робот хексапод; този е автономен.
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
Нека да преминем към видеото и да ви покажа някои от тези животни в движение.
08:01
and then some of the simple robots
124
463000
2000
А после - някои от простите роботи,
08:03
that have been inspired by our discoveries.
125
465000
3000
вдъхновени от нашите открития.
08:06
Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
126
468000
4000
Ето какво са правили някои от вас тази сутрин,
08:10
not on a treadmill.
127
472000
2000
макар и да сте го правили навън, а не на бягаща пътечка.
08:12
Here's what we do.
128
474000
3000
Ето какво правим.
08:15
(Laughter)
129
477000
2000
(Смях)
08:17
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
130
479000
5000
Това е хлебарка "глава на смъртта" - това е американска хлебарка,
08:22
you think you don't have in your kitchen.
131
484000
1000
която мислите, че нямате в кухнята си.
08:23
This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
132
485000
7000
Това е осмокрак скорпион, шестокрака мравка, стоножка с четиридесет и четири крака.
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
133
492000
3000
Казах, че всички тези животни са един вид пружини за скачане -
08:33
they're bouncing along as they move. And you can see that
134
495000
4000
те скачат, докато се движат; виждате това
08:37
in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
в този рак-дух от плажовете на Панама и Северна Каролина.
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
Той достига скорост четири метра в секунда, когато тича.
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
Всъщност скача във въздуха и има въздушни фази,
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
като го прави, като кон - ще го видите да скача тук.
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
Открихме, че независимо дали гледаш крака на човек
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
като Ричард, или хлебарка, или рак, или кенгуру,
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
относителната крачна вцепененост на тази струна е една и съща за всичко, което сме виждали досега.
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
Тогава за какво са пружиниращите крака - какво могат да правят?
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
Е, искахме да видим дали те позволяват на животните
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
да имат много по-голяма стабилност и маневреност.
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
Затова построихме терен, в който имаше препятствия с височина, три пъти по-висока от височината на хълбоците
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
на животните, които разглеждаме,
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
и бяхме сигурни, че не могат да се справят. Ето какво направиха.
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
Животното претича над него и дори не забави.
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
Изобщо не намали предпочитаната си скорост.
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
Не можахме да повярваме, че може да го направи. Това ни каза,
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
че може да се построи робот с много прости пружиниращи крака,
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
може да се направи по-маневрен от всеки, правен някога.
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
Ето първият пример за това - това е произведеният със станфордското
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
снемане на форма робот на име Спроул.
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
Той има шест крака - ето ги настроените пружиниращи крака.
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
Движи се с походка на насекомо;
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
тук върви по бягаща пътечка. Важното в този робот,
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
в сравнение с други роботи е, че той не вижда нищо,
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
не усеща нищо, няма мозък, и все пак може да маневрира
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
над тези пречки без никаква трудност.
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
Заради тази техника да се вграждат свойствата във формата.
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
Това е дипломант; това прави за дипломния си проект -
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
много е яко, ако един дипломант
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
прави това за дипломния си проект.
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
(Смях)
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
Това е от МакГил и университета в Мичиган; това е RHex
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
на първото си излизане за демонстрация.
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
(Смях)
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
Същият принцип. Има само шест движещи се части.
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
Шест мотора, но има пружиниращи, настроени крака. Движи се с походката на насекомо,
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
средният крак се движи в синхрон с предния
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
и задния крак от другата страна. Нещо като редуващ се трипод
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
и могат да преодоляват пречки точно като животното.
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
(Смях)
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
О, Боже.
11:08
(Applause)
176
650000
5000
(Аплодисменти)
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
Ще върви по различни повърхности - ето пясък,
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
макар и още да не сме усъвършенствали краката, но ще говоря за това по-късно.
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
Тук RHex влиза в горите.
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
(Смях)
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
Отново - този робот не вижда нищо, не усеща нищо,
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
няма мозък. Просто работи с настроена механична система,
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
с много прости части. Но е вдъхновен от фундаменталната динамика на животното.
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
О, обичам го, Боб. Ето го, тръгва по една пътечка.
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
Представих това на една лаборатория за реактивни двигатели в НАСА, а те казаха,
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
че нямат способност да слизат надолу по кратери, за да търсят лед,
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
и в крайна сметка живот, на Марс. Той каза...
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
особено с роботи с крака, защото те са твърде сложни.
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
Нищо не може да прави това. И след това говоря аз. Показах им това видео
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
с простия дизайн на RHex, и просто за да ги убедя,
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
че трябва да отидем на Марс през 2011-та, оцветих видеото оранжево,
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
само за да им дам усещане, че са на Марс.
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
(Смях)
12:35
(Applause)
194
737000
6000
(Аплодисменти)
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
Друга причина животните да имат изключително изпълнение
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
и да могат да ходят навсякъде е това, че имат ефективно взаимодействие
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
с околната среда. Животното, което ще ви покажа -
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
което проучихме, за да разгледаме това, е гущерът.
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
Имаме един тук - забележете позицията му. Той се държи.
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
А сега ще ви предизвикам. Ще ви покажа едно видео.
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
Едно от животните ще тича хоризонтално,
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
а другото ще тича нагоре по стена. Кое прави кое?
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
Движат се с метър в секунда. Колко от вас мислят, че онова вляво
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
тича нагоре по стената?
13:19
(Applause)
205
781000
4000
(Аплодисменти)
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
Добре. Смисълът е, че наистина е трудно да се разбере, нали? Невероятно е -
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
опитвахме със студенти, те също не могат да различат.
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
Могат да тичат нагоре по стена с един метър в секунда, 15 стъпки в секунда
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
и изглеждат, все едно тичат хоризонтално. Как го правят?
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
Просто е феноменално. Онзи отдясно се изкачваше нагоре.
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
Как го правят - имат странни пръсти на краката...
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
имат пръсти на краката, които се развиват като парти свирки, щом ги надуеш,
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
а после се обелват от повърхността като скоч лепенка.
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
Ако имахме парче скоч, и ние бихме го белили така.
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
Те го правят с пръстите на краката си. Странно е. Това отлепяне вдъхнови
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
iRobot, с които работим, за да изградим "Меко-Геко".
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
Ето една версия с крака и тракторна версия, или булдозерна версия.
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
Да видим някои от гущерите в движение на видео,
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
а после ще ви покажа малък клип с роботите.
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
Ето го гущерът, тичащ нагоре по вертикална повърхност -
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
ето го, в реално време, ето го пак. Очевидно, трябва да го забавим малко.
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
Не може да се използват обикновени камери.
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
Трябва да правиш 1000 снимки в секунда, за да видиш това.
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
Ето видео при 1000 кадъра в секунда.
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
Искам да погледнете гърба на животното.
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
Виждате ли колко много се огъва, ето така? Не можем да проумеем това...
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
това е неразрешена мистерия. Не знаем как работи.
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
Ако имате син или дъщеря, които искат да дойдат в Бъркли,
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
елате в лабораторията ми и ще го проумеем. Така, пратете ги в Бъркли,
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
защото това е следващото нещо, което искам да направя. Това е гущерската мелница.
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
(Смях)
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
Това е прозрачна пътечка с прозрачен колан за бягаща пътечка,
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
така че да можем да гледаме краката на животните и да ги записваме на видео
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
през колана на бягащата пътечка, за да видим как се движат.
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
Ето животното, което имаме тук, тичащо по вертикална повърхност,
15:08
Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing.
236
890000
6000
изберете един крак, опитайте се да гледате един пръст и вижте дали може да видите какво прави животното.
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
Вижте го как развива, а после отлепя тези пръсти.
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
може да го прави за 14 милисекунди. Невероятно е.
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
Ето ги роботите, вдъхновени от тях - "Меко-Геко" от iRobot.
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
Първо ще видим как се отлепят пръстите на краката на животното... погледнете това.
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
А ето отлепящото действие на "Меко-Геко" -
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
той използва чувствително към налягане лепило, за да го прави.
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
Отлепяне при животното, отлепяне при "Меко-Геко",
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
което им позволява да се катерят автономно, да преминават
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
от плоска повърхност към стена, а после да продължат към таван.
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
246
930000
6000
Ето я булдозерната версия. Тя не използва чувствително към натиск лепило.
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
Животното не използва това.
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
Но до това сме ограничени за момента.
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
А какво прави животното? Животното има странни пръсти на краката,
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
а ако се вгледате в пръстите на краката, имат едни малки листенца там.
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
Ако ги разгледате с увеличение, ще видите,
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
че в тези листенца има малки набраздявания.
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
253
954000
7000
А при увеличение 270 пъти ще видите, че прилича на черга.
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
А ако увеличите това 900 пъти,
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
виждате, че там има косми - мънички косми, и ако гледате внимателни,
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
256
969000
6000
тези мънички косми са набраздени. А ако ги увеличите 30 000 пъти,
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
ще видите, че всеки косъм има разцепени краища.
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
Ако ги увеличите - те имат едни малки структури накрая.
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
259
983000
2000
Най-малкото разклонение на космите прилича на шпатула,
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
а едно животно като това има 1 милиард от тези разцепени краища с нано-размер,
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
за да стигне много близо до повърхността. Всъщност, ето диаметъра на вашия косъм -
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
един гущер има 2 милиона такива, а всеки косъм има от 100 до 1000 разцепени краища
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
Помислете какъв контакт е възможен с това.
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
Имахме щастието да работим с друга група
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
в Станфорд, която ни построи специален сензор,
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
така че да можем да измерим силата на един отделен косъм.
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
267
1013000
5000
Ето един отделен косъм с малко разцепени краища там,
17:16
When we measured the forces, they were enormous.
268
1018000
2000
когато измерихме силите, бяха огромни -
17:18
They were so large that a patch of hairs about this size --
269
1020000
3000
бяха толкова големи, че една кръпка от косми с горе-долу този размер,
17:21
the gecko's foot could support the weight of a small child,
270
1023000
4000
кракът на гущера можеше да издържи тежестта на едно малко дете...
17:25
about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
271
1027000
4000
спокойно около 40 паунда (18 кг.). А как го правят?
17:29
We've recently discovered this. Do they do it by friction?
272
1031000
4000
Наскоро го открихме. Дали го правят чрез триене?
17:33
No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
273
1035000
3000
Не, силата е твърде ниска. Дали го правят чрез електростатика?
17:36
No, you can change the charge -- they still hold on.
274
1038000
2000
Не - може да се промени зарядът, но все още се държат.
17:38
Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
275
1040000
3000
Дали го правят чрез интерлокинг? Това е нещо подобно на велкро.
17:41
No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
276
1043000
3000
Не - може да ги поставиш върху молекулярно равни повърхности - не го правят.
17:44
How about suction? They stick on in a vacuum.
277
1046000
4000
Ами засмукване? Залепят се във вакуум.
17:48
How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
278
1050000
3000
Ами мокро залепване? Или капилярно залепване?
17:51
They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
279
1053000
3000
Нямат никакво лепило и се залепват дори под вода, направо прекрасно.
17:54
If you put their foot under water, they grab on.
280
1056000
2000
Ако сложите крака им под вода, се хващат.
17:56
How do they do it then? Believe it or not, they grab on
281
1058000
4000
Как тогава го правят? Не е за вярване, но се хващат
18:00
by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
282
1062000
4000
чрез междумолекулярни сили, чрез сили ван дер Ваалс.
18:04
You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
283
1066000
2000
Вероятно сте учили това отдавна по химия -
18:06
where you had these two atoms, they're close together,
284
1068000
2000
когато има два атома и те са близо един до друг,
18:08
and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
285
1070000
3000
електроните се движат. Тази мъничка сила е достатъчна,
18:11
to allow them to do that because it's added up so many times
286
1073000
3000
за да им позволи да го правят, защото се умножава толкова много пъти
18:14
with these small structures.
287
1076000
3000
с тези малки структури.
18:17
What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
288
1079000
5000
Онова, което правим е, че вземаме вдъхновението от космите
18:22
and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
289
1084000
5000
и с един друг колега в Бъркли ги произвеждаме.
18:27
And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
290
1089000
3000
Съвсем наскоро направихме пробив и сега смятаме,
18:30
we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
291
1092000
5000
че ще можем да създадем първото синтетично, самопочистващо се,
18:35
dry adhesive. Many companies are interested in this.
292
1097000
5000
сухо лепило. Много фирми се интересуват от това.
18:40
(Laughter)
293
1102000
3000
(Смях)
18:43
We also presented to Nike even.
294
1105000
2000
Представихме го дори пред "Найк".
18:45
(Laughter)
295
1107000
3000
(Смях)
18:48
(Applause)
296
1110000
6000
(Аплодисменти)
18:54
We'll see where this goes. We were so excited about this
297
1116000
3000
Ще видим накъде ще тръгне. Толкова сме развълнувани от това,
18:57
that we realized that that small-size scale --
298
1119000
3000
че осъзнахме, че в този малък мащаб,
19:00
and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
299
1122000
3000
където всичко става лепкаво и гравитацията вече няма значение,
19:03
we needed to look at ants and their feet, because
300
1125000
3000
трябваше да гледаме мравките и краката им,
19:06
one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
301
1128000
5000
защото един от другите ми колеги в Бъркли е построил шестмилиметров
19:11
robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
302
1133000
3000
силиконов робот с крака. Но той се залепва. Не се движи много добре.
19:14
But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
303
1136000
3000
А мравките го правят и ще открием защо, така че накрая
19:17
we'll make this move. And imagine: you're going to be able
304
1139000
3000
ще го накараме да се движи. Представете си - ще може да има
19:20
to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
305
1142000
5000
рояк от тези шестмилиметрови роботи, тичащи наоколо.
19:25
Where's this going? I think you can see it already.
306
1147000
3000
Накъде бие това? Мисля, че вече виждате.
19:28
Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
307
1150000
4000
Явно, интернет вече има очи и уши,
19:32
you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
308
1154000
4000
имате уеб камери и така нататък. Но ще има също крака и ръце.
19:36
You're going to be able to do programmable
309
1158000
2000
Ще можете да вършите програмируема работа
19:38
work through these kinds of robots, so that you can run,
310
1160000
4000
чрез тези видове роботи, така че да може да тичате,
19:42
fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
311
1164000
9000
да летите и да плувате навсякъде. Видяхме Дейвид Кели в началото на това с неговата риба.
19:51
So, in conclusion, I think the message is clear.
312
1173000
2000
И така - в заключение, мисля, че посланието е ясно.
19:53
If you need a message, if nature's not enough, if you care about
313
1175000
4000
Ако ви е нужно послание, ако природата не е достатъчна,
19:57
search and rescue, or mine clearance, or medicine,
314
1179000
2000
ако ви е грижа за откриване и спасяване, или прочистване на мини, или медицина,
19:59
or the various things we're working on, we must preserve
315
1181000
4000
или разнообразните неща, по които работим,
20:03
nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
316
1185000
4000
трябва да запазим природния дизайн - иначе тези тайни ще бъдат изгубени завинаги.
20:07
Thank you.
317
1189000
1000
Благодаря.
20:08
(Applause)
318
1190000
9000
(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