ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Robert Full | Speaker | TED.com
TED2014

Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots

Robert Full: Das Geheimnis der widerlichsten Kreaturen, in Roboter geleitet

Filmed:
1,286,255 views

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.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:12
Even nature'sNatur mostdie meisten disgustingwiderlich creaturesKreaturen
0
930
2904
Selbst die widerlichsten Geschöpfe
00:15
have importantwichtig secretsGeheimnisse,
1
3834
2567
haben wichtige Geheimnisse.
00:18
but who would want a swarmSchwarm of cockroachesKakerlaken
2
6401
1489
Aber wer will schon,
dass ein Schwarm Kakerlaken
00:19
comingKommen towardsin Richtung them?
3
7890
1594
einem entgegenkommt?
00:21
YetNoch one of the greatestgrößte differencesUnterschiede
betweenzwischen naturalnatürlich and humanMensch technologiesTechnologien
4
9484
3012
Einer der größten Unterschiede zwischen
natürlichen und menschlichen Technologien
00:24
relatesbezieht sich to robustnessRobustheit.
5
12496
2215
hat mit Robustheit zu tun.
00:26
RobustRobuste systemsSysteme are stablestabil in complexKomplex
6
14711
2573
Robuste Systeme sind
stabil in komplexen
00:29
and newneu environmentsUmgebungen.
7
17284
1721
und neuen Situationen.
00:31
RemarkablyBemerkenswert, cockroachesKakerlaken can self-stabilizeselbst stabilisieren
8
19005
1795
Kakerlaken können sich stabilisieren,
00:32
runningLaufen over roughrau terrainGelände.
9
20800
1679
wenn sie über holpriges Gelände laufen.
00:34
When we put a jetJet packPack on them,
10
22479
1262
Wenn wir ihnen ein Jetpack aufsetzen
00:35
or give them a perturbationPerturbation like an earthquakeErdbeben,
11
23741
2011
oder ihnen einer Störung
wie bei einem Erdbeben aussetzen,
00:37
we discoveredentdeckt that theirihr wonderfullywunderbar tunedabgestimmt legsBeine
12
25752
2891
entdeckten wir, dass ihre perfekt
00:40
allowzulassen them to self-stabilizeselbst stabilisieren
13
28643
1625
abgestimmten Beine,
es ihnen erlauben,
00:42
withoutohne usingmit any of theirihr brainpowerBrainpower.
14
30268
3662
sich selbst zu stabilisieren,
ohne ihr Gehirn zu benutzen.
00:45
They can go over complexKomplex terrainGelände like grassGras,
15
33930
3130
Sie können ohne Probleme
über schwieriges Gelände
00:49
no problemProblem, and not get destabilizeddestabilisiert.
16
37060
1952
wie Gras gehen und werden nicht
aus dem Gleichgewicht geworfen.
00:51
We discoveredentdeckt a newneu behaviorVerhalten where,
17
39012
1514
Wir entdecken ein neues Verhalten,
00:52
because of theirihr shapegestalten,
18
40526
1164
da sie sich wegen ihrer Form
00:53
they actuallytatsächlich rollrollen automaticallyautomatisch to theirihr sideSeite
19
41690
2078
automatisch auf die Seite rollen,
00:55
to go throughdurch this artificialkünstlich testTest bitBit of grassGras.
20
43768
3952
um durch diese künstliche
Grasstrecke zu gehen.
00:59
RobustRobuste systemsSysteme can performausführen multiplemehrere tasksAufgaben
21
47720
2437
Robuste Systeme können mehrere Aufgaben
01:02
with the samegleich structureStruktur.
22
50157
2138
mit derselben Struktur ausführen.
01:04
Here'sHier ist a newneu behaviorVerhalten we'vewir haben discoveredentdeckt.
23
52295
1867
Hier ist ein neues Verhalten,
dass wir entdeckt haben.
01:06
The animalsTiere rapidlyschnell invertinvertieren and disappearverschwinden
24
54162
1846
Die Tiere drehen sich um
und verschwinden
01:08
in lessWeniger than 150 millisecondsMillisekunden — you never see them —
25
56008
2501
in weniger als 150 Millisekunden
-- man sieht es nicht --
01:10
usingmit the samegleich structuresStrukturen that
they use to runLauf, theirihr legsBeine.
26
58509
2363
genauso wie sie laufen:
mit ihren Beinen.
01:12
They can runLauf upsidenach oben down
27
60872
1604
Sie können auf dem Kopf laufen,
01:14
very rapidlyschnell on rodsStäbe, branchesFilialen and wiresDrähte,
28
62476
3132
sehr schnell auf
Eisenstäben, Zweigen, und Drähten,
01:17
and if you perturbRadardetektoren one of those branchesFilialen,
29
65608
1479
und wenn man an
einem dieser Äste wackelt,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
dann können sie das hier.
01:20
They can performausführen gymnasticGymnastik maneuversManöver
31
68880
1530
Sie führen gymnastische Bewegungen aus,
01:22
like no robotRoboter we have yetnoch.
32
70410
2578
wie es derzeit kein Roboter kann.
01:24
And they have nearlyfast unlimitedunbegrenzt
33
72988
1731
Und sie haben fast unbeschränkte
01:26
maneuverabilityWendigkeit with that samegleich structureStruktur
34
74719
2597
Beweglichkeit mit derselben Struktur
01:29
and unprecedentedbeispiellos accessZugriff to a varietyVielfalt
35
77316
3820
und beispiellosen Zugang
zu einer Vielzahl
01:33
of differentanders areasBereiche.
36
81136
4270
verschiedenartiger Umgebungen.
01:37
They have wingsFlügel for flyingfliegend when they get warmwarm,
37
85406
2623
Sie haben Flügel zum Fliegen,
wenn es ihnen warm wird,
01:40
but they use those samegleich wingsFlügel to flipflip over
38
88029
2614
aber sie benutzen dieselben Flügel,
um sich umzudrehen
01:42
if they get destabilizeddestabilisiert.
39
90643
3957
wenn sie das Gleichgewicht verlieren.
01:46
Very effectiveWirksam.
40
94600
1297
Sehr wirksam.
01:47
RobustRobuste systemsSysteme are alsoebenfalls faultFehler toleranttolerant and fail-safeFail-Safe.
41
95897
3205
Robuste Systeme sind
fehlertolerant und zuverlässig.
01:51
This is the footFuß of a cockroachSchabe.
42
99102
1140
Hier ist der Fuß einer Kakerlake.
01:52
It has spinesStacheln, glueyklebrigen padsPads and clawsKrallen,
43
100242
3289
Er hat Stachel,
klebrige Polster, und Klauen,
01:55
but if you take off those feetFüße,
44
103531
1591
aber wenn man diese Füße entfernt,
01:57
they can still go over roughrau terrainGelände,
45
105122
1708
können sie weiterhin
über holpriges Gelände laufen
01:58
like the bottomBoden videoVideo that you see,
46
106830
1897
wie man im unteren Video sieht.
02:00
withoutohne hardlykaum slowingverlangsamt down. ExtraordinaryAußergewöhnliche.
47
108727
3371
Und das ohne langsamer zu werden.
Außerordentlich!
02:04
They can runLauf up meshMesh withoutohne theirihr feetFüße.
48
112098
3173
Sie können ein Netz
ohne ihre Füße herauflaufen.
02:07
Here'sHier ist an animalTier usingmit a normalnormal, alternatingWechsel tripodStativ:
49
115271
2283
Hier ist ein Tier das einen
normalen, abwechselnden Dreifuß benutzt:
02:09
threedrei legsBeine, threedrei legsBeine, threedrei legsBeine,
50
117554
1543
immer wieder drei Füße,
02:11
but in natureNatur, the insectsInsekten oftenhäufig have losthat verloren theirihr legsBeine.
51
119097
3692
aber in der Natur haben die Insekten
oft ihre Beine verloren.
02:14
Here'sHier ist one movingbewegend with two middleMitte legsBeine goneWeg.
52
122789
4010
Hier ist eines, das ohne
seine Mittelbeine läuft.
02:18
It can even loseverlieren threedrei legsBeine, in a tripodStativ,
53
126799
2916
Es kann sogar drei Beine verlieren,
in einem Dreifuß,
02:21
and adoptadoptieren a newneu gaitGangart, a hoppingHopping gaitGangart.
54
129715
3927
und eine neue Gangart annehmen,
eine hüpfende Gangart.
02:25
And I pointPunkt out that all of these videosVideos
55
133642
1958
All diese Videos
02:27
are slowedverlangsamte down 20 timesmal,
56
135600
1704
sind 20-fach verlangsamt.
02:29
so they're actuallytatsächlich really fastschnell, when you see this.
57
137304
2015
Sie sind tatsächlich sehr schnell.
02:31
RobustRobuste systemsSysteme are alsoebenfalls damageBeschädigung resistantbeständig.
58
139319
3511
Robuste Systeme sind also stabil.
02:34
Here'sHier ist an animalTier climbingKlettern up a wallMauer.
59
142830
1813
Hier ist ein Tier,
das eine Wand hochklettert.
02:36
It lookssieht aus like a rapidschnell, smoothglatt, verticalvertikal climbsteigen,
60
144643
2496
Es schaut aus wie ein schneller,
geschmeidiger Aufstieg.
02:39
but when you slowlangsam it down,
61
147139
1239
02:40
you see something very differentanders.
62
148378
2494
Aber wenn man es verlangsamt,
sieht man etwas ganz anderes.
02:42
Here'sHier ist what they do.
63
150872
1648
Hier sieht man, was sie machen.
02:44
They intentionallyabsichtlich have a
head-onfrontal collisionKollision with the wallMauer
64
152520
3007
Sie stoßen absichtlich
frontal gegen die Wand,
02:47
so they don't slowlangsam down and can transitionÜbergang up it
65
155527
2114
sodass sie nicht langsamer werden,
02:49
in 75 millisecondsMillisekunden.
66
157641
2398
und gehen in 75 Millisekunden
zum Aufstieg über.
02:52
And they can do this in partTeil because they have
67
160039
1861
Sie können das teils, weil sie
02:53
extraordinaryaußergewöhnlich exoskeletonsExoskelette.
68
161900
2057
außerordentliche Exoskelette haben.
02:55
And they're really just madegemacht up of compliantkonform jointsGelenke
69
163957
3809
Und sie bestehen wirklich
nur aus fügsamen Gelenken,
02:59
that are tubesRöhren and platesPlatten
70
167766
1733
die Röhren und Platten sind,
03:01
connectedin Verbindung gebracht to one anotherein anderer.
71
169499
1543
miteinander verbunden.
03:03
Here'sHier ist a dissectionDissektion of an abdomenAbdomen of a cockroachSchabe.
72
171042
2947
Hier ist eine Sezierung
des Unterleibs einer Kakerlake.
03:05
You see these platesPlatten, and you
see the compliantkonform membraneMembran.
73
173989
3961
Man sieht diese Platten
und die fügsame Membran.
03:09
My engineeringIngenieurwesen colleagueKollege at BerkeleyBerkeley
74
177950
2816
Mein Ingenieurkollege in Berkeley
03:12
designedentworfen with his studentsStudenten
75
180766
1124
entwarf mit seinen Studenten
03:13
a novelRoman manufacturingHerstellung techniqueTechnik
76
181890
1481
03:15
where you essentiallyim Wesentlichen origamiOrigami the exoskeletonExoskelett,
77
183371
3611
eine neuartige Fertigungstechnik,
mit der das Exoskelett
wie Origami bastelt.
03:18
you laserLaser- cutschneiden it, laminateLaminat it,
78
186982
1360
Man schneidet es mit Laser aus,
03:20
and you foldfalten it up into a robotRoboter.
79
188342
2395
beklebt es und faltet es zu einem Roboter.
03:22
And you can do that now in lessWeniger than 15 minutesProtokoll.
80
190737
5817
Und das geht jetzt
in weniger als 15 Minuten.
03:28
These robotsRoboter, callednamens DASHDASH,
81
196554
1939
Diese Roboter, DASH genannt,
03:30
for DynamicDynamische AutonomousAutonome SprawledAusgestreckt HexapodHexapod,
82
198493
2610
dynamisch autonome
schwärmende Sechsbeiner,
03:33
are highlyhöchst compliantkonform robotsRoboter,
83
201103
3082
sind hochflexible Roboter.
03:36
and they're remarkablybemerkenswert robustrobust as a resultErgebnis
84
204185
3702
Und sie sind aufgrund
dieser Eigenschaften
03:39
of these featuresEigenschaften.
85
207887
1803
bemerkenswert robust.
03:41
They're certainlybestimmt incrediblyunglaublich damageBeschädigung resistantbeständig.
86
209690
6058
Sie sind auf jeden Fall
unglaublich stabil.
03:47
(LaughterLachen)
87
215748
3353
(Gelächter)
03:51
They even have some of the
behaviorsVerhaltensweisen of the cockroachesKakerlaken.
88
219101
2469
Sie haben sogar einige
Verhaltensweisen von Kakerlaken.
03:53
So they can use theirihr smartsmart, compliantkonform bodyKörper
89
221570
2273
Sie können ihren geschickten
fügsamen Körper benutzen,
03:55
to transitionÜbergang up a wallMauer
90
223843
2517
um eine Wand ganz einfach
03:58
in a very simpleeinfach way.
91
226360
2892
hochzuklettern.
04:01
They even have some of the beginningsAnfänge
92
229252
1628
04:02
of the rapidschnell inversionInversion behaviorVerhalten
93
230880
1319
Und sie haben sogar Ansätze
04:04
where they disappearverschwinden.
94
232199
2844
des schnellen Umkehrverhaltens,
wenn sie verschwinden.
04:07
Now we want to know why they can go anywhereirgendwo.
95
235043
1477
04:08
We discoveredentdeckt that they can go throughdurch
96
236520
1569
Warum können sie überall hingehen?
Wir haben entdeckt, dass sie durch
04:10
three-millimeterdrei millimeter gapsLücken,
97
238089
1788
drei Millimeter große Lücken gehen können,
04:11
the heightHöhe of two penniesein paar Cent, two stackedgestapelt penniesein paar Cent,
98
239877
2361
so hoch wie zwei
aufeinandergelegte Münzen,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
04:15
they can actuallytatsächlich runLauf throughdurch those confinedbeschränkt spacesLeerzeichen
100
243286
2575
und wenn sie das tun,
rennen sie tatsächlich
durch diese engen Räume
04:17
at highhoch speedsGeschwindigkeiten,
101
245861
1757
mit Hochgeschwindigkeit,
04:19
althoughobwohl you never see it.
102
247618
3182
obwohl man es nie sieht.
04:22
To understandverstehen it better,
103
250800
1062
04:23
we did a CTCT scanScan of the exoskeletonExoskelett
104
251862
2078
Um das besser zu verstehen,
schauten wir das Exoskelett
mit Computertomografie an
04:25
and showedzeigte that they can compressKompresse theirihr bodyKörper
105
253940
1474
04:27
by over 40 percentProzent.
106
255414
2646
und zeigten, dass sie ihren Körper
über 40 % zusammenstauchen können.
04:30
We put them in a materialsMaterialien testingtesten machineMaschine
107
258060
1557
Wir steckten sie in einen Materialtester,
04:31
to look at the stressStress strainBelastung analysisAnalyse
108
259617
2356
um eine Spannungs-Dehnungs-
analyse zu beobachten.
04:33
and showedzeigte that they can withstandstandhalten forcesKräfte
109
261973
2118
Es zeigte sich, dass sie Kräften
widerstehen können,
04:36
800 timesmal theirihr bodyKörper weightGewicht,
110
264091
1904
die 800 Mal stärker sind
als ihr Körpergewicht,
04:37
and after this they can flyFliege and runLauf
111
265995
1890
und danach können sie
04:39
absolutelyunbedingt normallynormalerweise.
112
267885
1990
völlig normal fliegen und laufen.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Man weiß nie,
04:43
curiosity-basedNeugier-basierte researchForschung will leadführen,
114
271598
3074
wohin aus Neugierde
betriebene Forschung führt,
04:46
and somedayirgendwann mal you maykann want a swarmSchwarm
115
274672
1539
und vielleicht will man eines Tages,
04:48
of cockroach-inspiredSchabe inspiriert robotsRoboter
116
276211
2194
dass ein Schwarm
von Kakerlakenrobotern
04:50
to come at you.
117
278405
2414
auf einen zukommt.
04:52
(LaughterLachen)
118
280819
7121
(Gelächter)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Danke.
05:01
(ApplauseApplaus)
120
289497
1286
(Applaus)
Translated by Philipp Koehn
Reviewed by David Schrögendorfer

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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.

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