TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Robert Full: Das Geheimnis der widerlichsten Kreaturen, in Roboter geleitet
Filmed:
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Wie können Roboter, sich auf unwegsamen Gelände stabilisieren, verkehrt gehen, gymnastische Manöver in der Luft machen oder in Wände rennen, ohne sich zu schaden? Robert Full untersucht den unglaublichen Körper der Kakerlake, um zu zeigen, was dieser der Robotertechnik lehren kann.
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
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00:12
Even nature's most disgusting creatures
0
930
2904
Selbst die widerlichsten Geschöpfe
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
haben wichtige Geheimnisse.
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
Aber wer will schon,
dass ein Schwarm Kakerlaken
dass ein Schwarm Kakerlaken
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
einem entgegenkommt?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Einer der größten Unterschiede zwischen
natürlichen und menschlichen Technologien
natürlichen und menschlichen Technologien
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
hat mit Robustheit zu tun.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Robuste Systeme sind
stabil in komplexen
stabil in komplexen
00:29
and new environments.
7
17284
1721
und neuen Situationen.
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
Kakerlaken können sich stabilisieren,
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
wenn sie über holpriges Gelände laufen.
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
Wenn wir ihnen ein Jetpack aufsetzen
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
oder ihnen einer Störung
wie bei einem Erdbeben aussetzen,
wie bei einem Erdbeben aussetzen,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
entdeckten wir, dass ihre perfekt
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
abgestimmten Beine,
es ihnen erlauben,
es ihnen erlauben,
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
sich selbst zu stabilisieren,
ohne ihr Gehirn zu benutzen.
ohne ihr Gehirn zu benutzen.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Sie können ohne Probleme
über schwieriges Gelände
über schwieriges Gelände
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
wie Gras gehen und werden nicht
aus dem Gleichgewicht geworfen.
aus dem Gleichgewicht geworfen.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
Wir entdecken ein neues Verhalten,
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
da sie sich wegen ihrer Form
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
automatisch auf die Seite rollen,
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
um durch diese künstliche
Grasstrecke zu gehen.
Grasstrecke zu gehen.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Robuste Systeme können mehrere Aufgaben
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
mit derselben Struktur ausführen.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
Hier ist ein neues Verhalten,
dass wir entdeckt haben.
dass wir entdeckt haben.
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
Die Tiere drehen sich um
und verschwinden
und verschwinden
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
in weniger als 150 Millisekunden
-- man sieht es nicht --
-- man sieht es nicht --
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
genauso wie sie laufen:
mit ihren Beinen.
mit ihren Beinen.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Sie können auf dem Kopf laufen,
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
sehr schnell auf
Eisenstäben, Zweigen, und Drähten,
Eisenstäben, Zweigen, und Drähten,
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
und wenn man an
einem dieser Äste wackelt,
einem dieser Äste wackelt,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
dann können sie das hier.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Sie führen gymnastische Bewegungen aus,
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
wie es derzeit kein Roboter kann.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
Und sie haben fast unbeschränkte
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
Beweglichkeit mit derselben Struktur
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
und beispiellosen Zugang
zu einer Vielzahl
zu einer Vielzahl
01:33
of different areas.
36
81136
4270
verschiedenartiger Umgebungen.
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
Sie haben Flügel zum Fliegen,
wenn es ihnen warm wird,
wenn es ihnen warm wird,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
aber sie benutzen dieselben Flügel,
um sich umzudrehen
um sich umzudrehen
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
wenn sie das Gleichgewicht verlieren.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Sehr wirksam.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Robuste Systeme sind
fehlertolerant und zuverlässig.
fehlertolerant und zuverlässig.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Hier ist der Fuß einer Kakerlake.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Er hat Stachel,
klebrige Polster, und Klauen,
klebrige Polster, und Klauen,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
aber wenn man diese Füße entfernt,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
können sie weiterhin
über holpriges Gelände laufen
über holpriges Gelände laufen
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
wie man im unteren Video sieht.
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
Und das ohne langsamer zu werden.
Außerordentlich!
Außerordentlich!
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Sie können ein Netz
ohne ihre Füße herauflaufen.
ohne ihre Füße herauflaufen.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Hier ist ein Tier das einen
normalen, abwechselnden Dreifuß benutzt:
normalen, abwechselnden Dreifuß benutzt:
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
immer wieder drei Füße,
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
aber in der Natur haben die Insekten
oft ihre Beine verloren.
oft ihre Beine verloren.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Hier ist eines, das ohne
seine Mittelbeine läuft.
seine Mittelbeine läuft.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Es kann sogar drei Beine verlieren,
in einem Dreifuß,
in einem Dreifuß,
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
und eine neue Gangart annehmen,
eine hüpfende Gangart.
eine hüpfende Gangart.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
All diese Videos
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
sind 20-fach verlangsamt.
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
Sie sind tatsächlich sehr schnell.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Robuste Systeme sind also stabil.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
Hier ist ein Tier,
das eine Wand hochklettert.
das eine Wand hochklettert.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Es schaut aus wie ein schneller,
geschmeidiger Aufstieg.
geschmeidiger Aufstieg.
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
Aber wenn man es verlangsamt,
sieht man etwas ganz anderes.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Hier sieht man, was sie machen.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Sie stoßen absichtlich
frontal gegen die Wand,
frontal gegen die Wand,
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
sodass sie nicht langsamer werden,
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
und gehen in 75 Millisekunden
zum Aufstieg über.
zum Aufstieg über.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
Sie können das teils, weil sie
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
außerordentliche Exoskelette haben.
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
Und sie bestehen wirklich
nur aus fügsamen Gelenken,
nur aus fügsamen Gelenken,
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
die Röhren und Platten sind,
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
miteinander verbunden.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Hier ist eine Sezierung
des Unterleibs einer Kakerlake.
des Unterleibs einer Kakerlake.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Man sieht diese Platten
und die fügsame Membran.
und die fügsame Membran.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Mein Ingenieurkollege in Berkeley
03:12
designed with his students
75
180766
1124
entwarf mit seinen Studenten
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
eine neuartige Fertigungstechnik,
mit der das Exoskelett
wie Origami bastelt.
wie Origami bastelt.
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
Man schneidet es mit Laser aus,
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
beklebt es und faltet es zu einem Roboter.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
Und das geht jetzt
in weniger als 15 Minuten.
in weniger als 15 Minuten.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Diese Roboter, DASH genannt,
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
dynamisch autonome
schwärmende Sechsbeiner,
schwärmende Sechsbeiner,
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
sind hochflexible Roboter.
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
Und sie sind aufgrund
dieser Eigenschaften
dieser Eigenschaften
03:39
of these features.
85
207887
1803
bemerkenswert robust.
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
Sie sind auf jeden Fall
unglaublich stabil.
unglaublich stabil.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Gelächter)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
Sie haben sogar einige
Verhaltensweisen von Kakerlaken.
Verhaltensweisen von Kakerlaken.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
Sie können ihren geschickten
fügsamen Körper benutzen,
fügsamen Körper benutzen,
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
um eine Wand ganz einfach
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
hochzuklettern.
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
Und sie haben sogar Ansätze
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
des schnellen Umkehrverhaltens,
wenn sie verschwinden.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
Warum können sie überall hingehen?
Wir haben entdeckt, dass sie durch
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
drei Millimeter große Lücken gehen können,
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
so hoch wie zwei
aufeinandergelegte Münzen,
aufeinandergelegte Münzen,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
und wenn sie das tun,
rennen sie tatsächlich
durch diese engen Räume
durch diese engen Räume
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
mit Hochgeschwindigkeit,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
obwohl man es nie sieht.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
Um das besser zu verstehen,
schauten wir das Exoskelett
mit Computertomografie an
mit Computertomografie an
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
und zeigten, dass sie ihren Körper
über 40 % zusammenstauchen können.
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
Wir steckten sie in einen Materialtester,
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
um eine Spannungs-Dehnungs-
analyse zu beobachten.
analyse zu beobachten.
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
Es zeigte sich, dass sie Kräften
widerstehen können,
widerstehen können,
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
die 800 Mal stärker sind
als ihr Körpergewicht,
als ihr Körpergewicht,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
und danach können sie
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
völlig normal fliegen und laufen.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Man weiß nie,
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
wohin aus Neugierde
betriebene Forschung führt,
betriebene Forschung führt,
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
und vielleicht will man eines Tages,
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
dass ein Schwarm
von Kakerlakenrobotern
von Kakerlakenrobotern
04:50
to come at you.
117
278405
2414
auf einen zukommt.
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Gelächter)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Danke.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Applaus)
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