TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
Robert Full, l'ingénierie et l'évolution
Filmed:
Readability: 3.6
1,087,679 views
Les insectes et les animaux ont développé des capacités étonnantes, mais, comme Robert Full le précise, nombre d'animaux ont encore beaucoup à nous apprendre. Il suffit juste de copier ce dont nous avons besoin. Il nous montre comment les ingénieurs peuvent apprendre des animaux.
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
Bonjour. Pourrais-je avoir le premier slide s'il vous plait?
00:33
Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
1
15000
5000
Contrairement aux calculs de certains ingénieurs, les abeilles peuvent voler,
00:38
dolphins can swim, and geckos can even climb
2
20000
7000
les dauphins peuvent nager, et les geckos peuvent toujours
00:45
up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
3
27000
6000
grimper sur les surfaces les plus lisses. Maintenant ce que je veux faire, dans le peu de temps dont je dispose,
00:51
is to try to allow each of you to experience
4
33000
4000
c'est de permettre à chacun de vous d'essayer,
00:55
the thrill of revealing nature's design.
5
37000
6000
en quelque sorte, de découvrir ce que la nature à su mettre au point.
01:01
I get to do this all the time, and it's just incredible.
6
43000
2000
J'essaye de le faire tout le temps, c'est tout bonnement incroyable.
01:03
I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
7
45000
6000
Je vais essayer de vous le faire partager un peu avec cette présentation.
01:09
The challenge of looking at nature's designs --
8
51000
2000
"Le challenge de découvrir les inventions de la nature"
01:11
and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
9
53000
4000
et je vais vous dire la façon dont nous le percevons, et la façon dont nous l'utilisons.
01:15
The challenge, of course, is to answer this question:
10
57000
2000
La difficulté bien sûr est de répondre à cette question :
01:17
what permits this extraordinary performance of animals
11
59000
3000
Quelle est l'extraordinaire capacité de cet animal
01:20
that allows them basically to go anywhere?
12
62000
3000
qui lui permet d'aller où il le désire?
01:23
And if we could figure that out, how can we implement those designs?
13
65000
7000
Si nous pouvions l'utiliser, dans quel domaine pourrions-nous le faire?
01:30
Well, many biologists will tell engineers, and others,
14
72000
3000
Donc, beaucoup de biologistes diront aux ingénieurs et aux autres,
01:33
organisms have millions of years to get it right;
15
75000
3000
les êtres vivants ont eu des millions d'années pour tout mettre au point,
01:36
they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
16
78000
3000
ils sont spectaculaires, ils peuvent tout faire extrêmement bien.
01:39
So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
17
81000
4000
Et le mieux à faire est la "biomimicry" : juste copier directement ce que la nature a fait.
01:43
We know from working on animals that the truth is
18
85000
5000
Nous savons, à force de travailler sur les animaux, que ces solutions
01:48
that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
19
90000
4000
sont opposées à ce que chacun essaye de faire. En effet l'évolution est basée
01:52
on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
20
94000
3000
sur le principe du "juste suffisant", pas sur la perfection.
01:55
And the constraints in building any organism, when you look at it,
21
97000
4000
Et les contraintes à l'origine de tout organisme sont, à bien y regarder,
01:59
are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
22
101000
5000
très strictes. Les technologies de la nature sont incroyablement contraintes.
02:04
Think about it. If you were an engineer and I told you
23
106000
3000
Réfléchissez y. Si vous étiez un ingénieur et que je vous disais
02:07
that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
24
109000
5000
que vous avez à construire une automobile qui doit être de cette taille au début,
02:12
then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
25
114000
4000
puis qui doit grandir jusqu'à avoir sa taille normale et qui enfin doit fonctionner à chaque étape de sa croissance.
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
Dites vous aussi que si vous construisiez cette automobile, vous devriez aussi
02:20
have to put a factory that allows you to make another automobile.
27
122000
4000
mettre une usine capable de fabriquer une seconde automobile à l'intérieur.
02:24
(Laughter)
28
126000
2000
(Rires)
02:26
And you can absolutely never, absolutely never, because of history
29
128000
4000
Or, vous ne pouvez jamais, absolument jamais, en raison de l'histoire
02:30
and the inherited plan, start with a clean slate.
30
132000
4000
et du principe d'héritage, commencer à partir de rien.
02:34
So, organisms have this important history.
31
136000
3000
Les organismes ont cet historique si important.
02:37
Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
32
139000
5000
En réalité, l'évolution fonctionne plus comme un réparateur que comme un ingénieur.
02:42
And this is really important when you begin to look at animals.
33
144000
3000
C'est très important à cerner quand vous commencez à regarder les animaux.
02:45
Instead, we believe you need to be inspired by biology.
34
147000
7000
Plutôt que de croire qu'il faut toujours s'inspirer de la biologie,
02:52
You need to discover the general principles of nature,
35
154000
4000
il vous faut découvrir les principes même qui régissent la nature
02:56
and then use these analogies when they're advantageous.
36
158000
3000
et utiliser des analogies quand c'est avantageux.
03:02
This is a real challenge to do this, because animals,
37
164000
3000
C'est vraiment complexe à faire car ces animaux,
03:05
when you start to really look inside them -- how they work --
38
167000
3000
quand on commence à bien y regarder, la façon dont ils fonctionnent,
03:08
appear hopelessly complex. There's no detailed history
39
170000
4000
apparait désespérément complexe. Il n'y a pas d'archive
03:12
of the design plans, you can't go look it up anywhere.
40
174000
3000
de plans, vous ne pouvez les trouver nulle part.
03:15
They have way too many motions for their joints, too many muscles.
41
177000
4000
Ils ont développé bien trop de libertés via leurs articulations, trop de muscles,
03:19
Even the simplest animal we think of, something like an insect,
42
181000
3000
même dans les plus simples des animaux, comme les insectes,
03:22
and they have more neurons and connections than you can imagine.
43
184000
3000
et ils ont bien plus de neurones et de connections que vous pouvez l'imaginer.
03:25
How can you make sense of this? Well, we believed --
44
187000
5000
Comment pourrions nous concevoir tout cela? En fait nous croyons...
03:30
and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
45
192000
5000
et nous partons du principe... que dans un sens, les animaux fonctionneraient simplement,
03:35
is if the control of their movements
46
197000
3000
comme si le contrôle de leurs mouvements
03:38
tended to be built into their bodies themselves.
47
200000
6000
pouvaient être issus de leur corps eux même.
03:44
What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
48
206000
7000
Ce que nous avons découvert c'est que les animaux avec deux, quatres, six, huit pattes,
03:51
all produce the same forces on the ground when they move.
49
213000
3000
exercent le même effort sur le sol lorsqu'ils se déplacent.
03:54
They all work like this kangaroo, they bounce.
50
216000
4000
Ils fonctionnent tous comme ce kangourou, ils sautent.
03:58
And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
51
220000
4000
Et peuvent être modélisés par un ensemble de masse et de ressorts, que nous appelons système masse-ressort
04:02
because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
52
224000
3000
parce que nous somme des bio-mécaniciens, mais en fait c'est un bâton-sauteur.
04:05
They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
53
227000
4000
Ils ont tous développés les caractéristiques d'un bâton-sauteur. Comment cela peut il être possible?
04:09
Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
54
231000
6000
En fait, pour un homme, une de vos jambes équivaut à deux pattes d'un chien qui trotte,
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
55
237000
4000
ou trois pattes fonctionnant ensemble d'un insecte qui trotte,
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
56
241000
2000
voir quatre pour un crabe.
04:21
And then they alternate in their propulsion,
57
243000
4000
puis ils alternent pour se propulser,
04:25
but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
58
247000
5000
mais le principe est toujours le même. Comme presque chaque organisme que nous avons observé de cette manière
04:30
-- you'll see next week, I'll give you a hint,
59
252000
2000
- vous allez le voir la semaine prochaine - Je vais vous donner un indice,
04:32
there'll be an article coming out that says that really big things
60
254000
3000
il va y avoir prochainement un article qui explique que certains animaux très gros
04:35
like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
61
257000
4000
comme le T. Rex ne pouvaient sans doutes pas faire cela, mais vous le verrez la semaine prochaine.
04:39
Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
62
261000
2000
Maintenant ce qui est intéressant c'est que l'on ai dit que les animaux bondissaient
04:41
the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
63
263000
3000
dans le plan vertical, et avec notre collaboration avec Pixar
04:44
in "A Bug's Life," we discussed the
64
266000
2000
dans "1001 pattes" nous avons discutés
04:46
bipedal nature of the characters of the ants.
65
268000
3000
de la nature bipède des fourmies.
04:49
And we told them, of course, they move in another plane as well.
66
271000
2000
Et nous leur avons dit que bien sûr, ils se déplacent sur tous les plans de la même façon,
04:51
And they asked us this question. They say, "Why model
67
273000
3000
et ils nous ont posé la question : "Pourquoi faire des modèles
04:54
just in the sagittal plane or the vertical plane,
68
276000
2000
uniquement dans le plan sagital ou le plan vertical,
04:56
when you're telling us these animals are moving
69
278000
2000
alors que vous nous avez dit que ces animaux se déplacent
04:58
in the horizontal plane?" This is a good question.
70
280000
3000
dans le plan horizontal?" C'est une bonne question.
05:01
Nobody in biology ever modeled it this way.
71
283000
3000
Personne en biologie n'avait jamais modélisé de cette façon.
05:04
We took their advice and we modeled the animals moving
72
286000
4000
Nous avons pris en compte leur conseil et nous avons modélisé les animaux se déplacant
05:08
in the horizontal plane as well. We took their three legs,
73
290000
3000
dans le plan horizontal aussi. Nous avons pris leurs trois jambes,
05:11
we collapsed them down as one.
74
293000
1000
que nous avons condensé en une seul,
05:12
We got some of the best mathematicians in the world
75
294000
3000
et nous avons cherché quelques uns des meilleurs mathématiciens du monde
05:15
from Princeton to work on this problem.
76
297000
2000
venant de Princeton pour travailler sur ce problème.
05:17
And we were able to create a model
77
299000
3000
Nous avons été capable de créer un modèle
05:20
where animals are not only bouncing up and down,
78
302000
1000
où les animaux ne bondissent pas uniquement de bas en haut,
05:21
but they're also bouncing side to side at the same time.
79
303000
4000
mais ils bondissent aussi de chaque coté en même temps.
05:25
And many organisms fit this kind of pattern.
80
307000
2000
Or, beaucoup d'organismes fonctionnent de cette manière.
05:27
Now, why is this important to have this model?
81
309000
2000
Maintenant, pourquoi un tel modèle est il si important?
05:29
Because it's very interesting. When you take this model
82
311000
3000
Parce que c'est vraiment intéressant. Quand vous prenez ce modèle
05:32
and you perturb it, you give it a push,
83
314000
3000
et que vous le perturbez, que vous lui donnez une poussée,
05:35
as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
84
317000
4000
comme s'il cognait contre quelquechose, il s'auto-stabilise, sans avoir besoin de cerveau,
05:39
or no reflexes, just by the structure alone.
85
321000
4000
ou de réflexes, la structure suffit.
05:43
It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
86
325000
5000
C'est un magnifique modèle. Maintenant jetons un oeil aux mathématiques
05:48
(Laughter)
87
330000
2000
(Rires)
05:50
That's enough!
88
332000
1000
C'est suffisant.
05:51
(Laughter)
89
333000
4000
(Rires)
05:55
The animals, when you look at them running,
90
337000
2000
Les animaux, quand vous les regardez courir,
05:57
appear to be self-stabilizing like this,
91
339000
3000
semblent être auto-stabilisés de cette façon,
06:00
using basically springy legs. That is, the legs can do
92
342000
3000
en utilisant uniquement leurs "jambes sauteuses". C'est que les jambes peuvent
06:03
computations on their own; the control algorithms, in a sense,
93
345000
3000
se débrouiller seules, les algorithmes de contrôle sont, en un sens,
06:06
are embedded in the form of the animal itself.
94
348000
3000
compris dans la structure de l'animal elle-même.
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
95
351000
7000
Pourquoi n'avons nous pas étés plus inspirés par la nature et ce type de découvertes?
06:16
Well, I would argue that human technologies are really different from
96
358000
4000
Et bien, j'aimerais dire que les technologies humaines sont vraiment différentes
06:20
natural technologies, at least they have been so far.
97
362000
3000
des technologie de la nature, ou du moins sont elles vraiment éloignées.
06:23
Think about the typical kind of robot that you see.
98
365000
5000
Réfléchissez au type de robot classique que vous voyez.
06:28
Human technologies have tended to be large, flat,
99
370000
3000
Les technologies humaines ont tendance à être larges, brutes,
06:31
with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
100
373000
5000
avec des angles vifs, rigide, fait de métal. Elles ont des roues
06:36
and axles. There are very few motors, very few sensors.
101
378000
3000
et des axes. Elles ont très peu de moteurs, peu de capteurs.
06:39
Whereas nature tends to be small, and curved,
102
381000
5000
Alors que la nature tend à être petit, arrondi,
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
103
386000
3000
elle se courbe et se tord et possède des jambes et des appendices,
06:47
and has many muscles and many, many sensors.
104
389000
3000
elle a beaucoup de muscles et beaucoup, beaucoup de capteurs.
06:50
So it's a very different design. However, what's changing,
105
392000
4000
C'est donc un design très différent. Du moins, ce qui change,
06:54
what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
106
396000
2000
ce qui est vraiment excitant -- et je vais vous le présenter après --
06:56
is that as human technology takes on more of the characteristics
107
398000
3000
c'est que les technologies humaines se basent de plus en plus sur les caractéristiques
06:59
of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
108
401000
6000
de la nature, donc la nature devient vraiment de plus en plus un professeur incontournable.
07:05
And here's one example that's really exciting.
109
407000
2000
Et voici un exemple qui est vraiment intéressant.
07:07
This is a collaboration we have with Stanford.
110
409000
2000
C'est une collaboration que nous avons avec Stanford.
07:09
And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
111
411000
4000
Et ils ont développé cette nouvelle technique appelée "Shape Deposition Manufacturing" (SDM)
07:13
It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
112
415000
4000
C'est une technique qui permet de mélanger des matériaux ensemble et de mouler
07:17
that they like, and put in the material properties.
113
419000
4000
toutes les formes qu'ils veulent, et de leurs donner les propriétés des matériaux.
07:21
They can embed sensors and actuators right in the form itself.
114
423000
3000
Ils peuvent inclure les capteurs et les servocommandes directement dans la forme elle-même.
07:24
For example, here's a leg: the clear part is stiff,
115
426000
5000
Par exemple, voici une jambe -- la partie transparente est rigide,
07:29
the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
116
431000
3000
la partie blanche est souple, et vous n'avez pas besoin du moindre axe ou quoique ce soit.
07:32
It just bends by itself beautifully.
117
434000
3000
Elle se plie juste parfaitement d'elle même.
07:35
So, you can put those properties in. It inspired them to show off
118
437000
3000
Vous pouvez donc mettre ces propriétés dans la jambe elle même. Ça les a poussé
07:38
this design by producing a little robot they named Sprawl.
119
440000
6000
à présenter cette étude en créant un petit robot qu'ils ont appelé Sprawl.
07:44
Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
120
446000
4000
Nos travaux ont aussi inspiré un autre robot, un robot sautant inspiré de la biologie,
07:48
from the University of Michigan and McGill
121
450000
2000
fait par l'Université du Michigan et McGill,
07:50
named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
122
452000
8000
appelé RHex, pour Robot Hexapode, et celui ci est autonome.
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
Passons à la vidéo et laissez moi vous montrer quelques-uns de ces animaux se déplaçant.
08:01
and then some of the simple robots
124
463000
2000
Ainsi qu'une partie de ces robots basiques
08:03
that have been inspired by our discoveries.
125
465000
3000
qui ont été inspirés par nos découvertes.
08:06
Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
126
468000
4000
C'est une partie de ce que vous avez fait ce matin, quoique vous le fassiez dehors
08:10
not on a treadmill.
127
472000
2000
même si ce n'est pas sur un tapis-roulant.
08:12
Here's what we do.
128
474000
3000
Voilà ce que nous faisons
08:15
(Laughter)
129
477000
2000
(Rires)
08:17
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
130
479000
5000
C'est une blatte tête-de-mort -- c'est une blatte Américaine
08:22
you think you don't have in your kitchen.
131
484000
1000
vous pensez que vous n'en avez pas dans votre cuisine.
08:23
This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
132
485000
7000
C'est un scorpions avec 8 pattes, une fourmis à 6 pattes, un centipède avec 44 pattes.
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
133
492000
3000
Maintenant, je vous ai dit que ces animaux marchent en quelque sorte comme des bâtons-sauteurs --
08:33
they're bouncing along as they move. And you can see that
134
495000
4000
ils sautent alors qu'ils se déplacent et vous pouvez le voir
08:37
in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
avec ce crabe fantôme des plages de Panama et de la Caroline du Nord.
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
Il peut aller jusqu'à 4 mètre par seconde quand il court.
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
Il bondit en fait dans les airs et a donc des phases aériennes
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
quand il fait cela, comme un cheval, et vous voyez qu'il bondit ici.
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
Ce que nous avons découvert est que même quand vous regardez les jambes d'un humain
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
comme Richard, ou une blatte, ou un crabe, ou un kangourou,
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
la partie rigide du ressort est la même dans tout ce que nous avons vu jusqu'ici.
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
Ces jambes sauteuses sont très biens, mais que peuvent elles faire ?
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
En fait, nous voulions voir si elles permettaient aux animaux
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
d'avoir une meilleure stabilité et manœuvrabilité.
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
Nous avons donc crée un terrain pourvu d'obstacles grand comme trois fois la hauteur de hanche
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
des animaux que nous observions
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
et nous étions certains qu'ils ne pourraient pas le franchir. Et voici ce qu'ils ont fait.
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
L'animal le traverse et ne ralenti même pas.
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
Ça ne réduit même pas sa vitesse de croisière du tout.
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
Nous ne pouvions croire qu'il pouvait faire cela. Il nous a indiqué
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
que si vous pouvez construire un robot avec des jambes sauteuses toutes simples,
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
vous pourrez le rendre aussi manœuvrable que tout ce qui a été construit jusque là.
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
Voici le premier exemple, voici le robot de Stanfort
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
fait avec le principe de prototypage rapide (SDM) appelé Sprawl.
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
Il a six jambes, ce sont les jambes sauteuses améliorées.
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
Il se déplace avec la même démarche que les insectes et le voici
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
se déplaçant sur le tapis roulant. Maintenant ce qui est vraiment important avec ce robot,
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
comparé aux autres robots, c'est qu'il ne peut rien voir du tout,
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
il ne peut rien ressentir, il n'a pas de cerveau, pourtant il peut manœuvrer
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
à travers ces obstacles sans la moindre difficulté.
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
C'est la technique qui consiste à incorporer les propriétés dans la forme.
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
Voici un élève diplômé, voilà ce qu'il fait à son projet de thèse,
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
extrêmement solide si un élève diplômé
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
peut réussir à faire la même chose à son projet de thèse.
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
(Rires)
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
Celui-ci vient de McGill et de l'université du Michigan, c'est RHex,
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
faisant sa première sortie pour une démonstration.
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
(Rires)
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
Même principe. Il possède uniquement six parties mobiles.
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
Six moteurs, mais il a des jambes sauteuses améliorées. Il marche à la façon d'un insecte
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
la jambe centrale est synchronisée avec celle de devant
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
et de derrière du coté opposé. Une sorte de tripode alterné,
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
et ils peuvent négocier les obstacles tout à fait comme les animaux.
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
(Rires)
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
Oh mon dieu.
11:08
(Applause)
176
650000
5000
(Applaudissements)
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
Il se déplace sur différentes surfaces, ici du sable,
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
cependant nous n'avons pas optimisé le pied actuellement, mais je vous en parlerai après.
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
Voici RHex entrant dans les bois.
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
(Rires)
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
Cette fois encore, ce robot ne peut rien voir, rien ressentir,
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
il n'a pas de cerveau. Il fonctionne uniquement avec un système mécanique
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
avec des pièces très simples. Mais inspiré des dynamiques fondamentales des animaux.
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
Ah, je l'aime Bob. Là il descend un chemin.
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
Je l'ai présenté au laboration de propulsion jet de la NASA, et ils ont dit
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
qu'il n'avait pas la capacité de descendre dans des cratères pour chercher de la glace,
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
et de la vie à terme, sur Mars. Et ils disent cela
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
en particulier avec les robots marchants parce qu'ils sont trop compliqués.
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
C'est impossible à faire. Puis j'ai pris la parole. Je leurs ai montré cette vidéo
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
avec la conception basique de ce RHex, et juste pour les convaincre
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
que nous devrions aller sur Mars en 2011, j'ai teint la vidéo en orange
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
pour leur donner l'impression d'être sur Mars.
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
(Rires)
12:35
(Applause)
194
737000
6000
(Applaudissements)
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
Une autre raison pour laquelle les animaux ont des performances extraordinaires
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
et peuvent aller n'importe où, c'est parce qu'ils ont une interaction efficace
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
avec leur environnement. L'animal que je vais vous présenter
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
et sur lequel nous allons travailler est le gecko.
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
Nous en avons un ici, notez sa position. Il ne bouge pas.
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
Maintenant je vais vous mettre à l'épreuve. Je vais vous montrer une vidéo.
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
L'un des animaux sera en train de courir à l'horizontale,
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
et l'autre sera en train de monter à un mur. Qui est qui?
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
Ils avancent à un mètre par seconde. Combien pensez que celui de gauche
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
montait le mur?
13:19
(Applause)
205
781000
4000
(Applaudissements)
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
Okay. Le fait est que c'est vraiment dur à expliquer, n'est ce pas? C'est incroyable,
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
nous avons observé des étudiants faisant cette expérience et ils n'ont pas pu expliquer.
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
Ils peuvent monter à un mur à un mètre à la seconde, 15 pas par seconde
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
et comme s'ils courraient sur une surface horizontale. Comment peuvent-ils faire cela?
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
C'est juste phénoménal. Celui de droite monte sur un obstacle.
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
Comment font ils cela -- ils ont des orteils étranges -- ils ont des orteils
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
qui se déroulent comme un cracker quand vous le faites exploser,
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
et se décrochent de la surface comme un ruban adhésif.
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
Comme si nous avions du ruban adhésif et que nous le décrochions ainsi.
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
Ils font cela avec leurs orteils. C'est bizarre. Ce décrochage a inspiré
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
iRobot avec lequel nous avons travaillé, pour fabriquer des Meca-Geckos.
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
Il y a une version avec pattes, une version tracteur et une version bulldozer.
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
Voyons quelques mouvements du gecko avec quelques vidéos,
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
et par la suite je vais vous montrer quelques extraits des robots.
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
Ici un gecko court sur une surface verticale, il vient de passer
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
en temps réel, il vient à nouveau de passer. Évidemment nous devons ralentir un petit peu.
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
Vous ne pouvez pas utiliser des cameras standards.
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
Vous devez prendre 1.000 images par seconde pour voir cela.
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
Et voici quelques vidéos à 1.000 images par seconde.
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
Maintenant je veux voir le dos de l'animal.
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
Vous voyez à quel point il se plie comme cela? On n'arrive pas à comprendre pourquoi --
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
c'est un mystère insoluble. Nous ne savons pas comment il fonctionne.
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
Si vous avez un fils ou une fille qui veut venir à Berkeley,
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
dans mon laboratoire, nous pourrions chercher à comprendre. Okay, envoyez les à Berkeley
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
car c'est la prochaine chose que je veux réaliser. Voici le rouleau à gecko.
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
(Rires)
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
C'est un tapis roulant transparent car avec un tapis transparent,
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
nous pouvons voir les pattes de l'animal, et les enregistrer
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
à travers le tapis, pour voir comment ils avancent.
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
Voici l'animal que nous avons ici, courant sur une surface verticale,
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
choisissons une patte et essayons de voir l'orteil, et voyons si nous percevons ce que l'animal fait.
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
Regardez le dérouler et décoller ses orteils.
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
Il peut faire ça en 14 millisecondes. C'est incroyable.
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
Voici les robots qu'ils ont inspirés, les Meca-Gecko d'iRobot.
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
Premièrement nous verrons les orteils se décoller -- regardez ça.
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
Et voici l'action de décollement du Meca-Gecko
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
il utilise un adhésif sensible à la pression pour faire cela.
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
Décollement chez l'animal, décollement chez le meca-gecko,
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
ça lui permet de grimper de façon autonome sur une surface plate
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
puis sur un mur, puis d'aller sur le plafond.
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
246
930000
6000
Là c'est la version bulldozer. Cette fois il n'utilise pas une glu sensible à la pression.
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
L'animal n'utilise pas ça.
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
Mais c'est ça qui nous limite pour le moment.
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
Que fait l'animal? Il a des orteils bizarres,
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
et si vous regardez ces orteils ils ont des petites lamelles ici,
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
et si vous les écartez et que vous zoomez vous verrez
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
qu'il y a des petites stries dans ces lamelles.
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
253
954000
7000
Et si vous zoomez 270 fois, vous verrez que ça ressemble à un tapis.
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
Et si vous les écartez et zoomez 900 fois,
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
vous voyez qu'il y a des poils ici, de minuscules poils, et si vous regardez attentivement
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
256
969000
6000
ces minuscules poils ont des stries. Et si vous zoomez sur elles 30.000 fois,
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
vous verrez que chaque poil est aplati au bout.
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
Et si vous les séparez, ils ont ces petites structures au bout.
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
259
983000
2000
La plus petite partie de ces poils ressemble à une spatule
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
et un animal comme celui ci possède 1 milliard de ces bout aplatis nanoscopiques.
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
pour aller très très près de la surface. En fait, ils ont le diamètre de vos cheveux,
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
un gecko en possède 2 millions et chaque cheveu a entre 100 et 1.000 bout aplatis.
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
Imaginez le contact qui en résulte.
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
Nous avons eu la chance de travailler avec un autre groupe
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
à Stanford qui nous a fabriqué un capteur spécial
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
qui nous a permis de mesurer l'effort sur un seul poil.
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
267
1013000
5000
Voici un seul poil avec un léger écrasement au bout,
17:16
When we measured the forces, they were enormous.
268
1018000
2000
quand nous avons mesuré les efforts ils étaient énormes,
17:18
They were so large that a patch of hairs about this size --
269
1020000
3000
ils étaient si grands qu'avec un ensemble de poil de cette taille,
17:21
the gecko's foot could support the weight of a small child,
270
1023000
4000
la patte du gecko pourrait supporter le poids d'un petit enfant --
17:25
about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
271
1027000
4000
autours de 40 livres facilement. Maintenant comment font ils cela?
17:29
We've recently discovered this. Do they do it by friction?
272
1031000
4000
Nous avons récemment découvert cela. Font ils cela grâce à la friction?
17:33
No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
273
1035000
3000
Non, les forces sont trop faibles. Font ils cela par électrostatique ?
17:36
No, you can change the charge -- they still hold on.
274
1038000
2000
Non, vous pouvez changer la charge, ils tiennent toujours.
17:38
Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
275
1040000
3000
Font ils ça par emboitement? C'est une sorte de Velcro.
17:41
No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
276
1043000
3000
Non, vous pouvez les mettre sur des surfaces lisses au niveau moléculaire -- ça ne marche pas.
17:44
How about suction? They stick on in a vacuum.
277
1046000
4000
Et la succion? Ils tiennent dans le vide.
17:48
How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
278
1050000
3000
Et l'adhésion grâce à l'humidité? Ou l'adhésion capillaire?
17:51
They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
279
1053000
3000
Ils n'ont pas de sorte de glu et tiennent sous l'eau comme si de rien n'était.
17:54
If you put their foot under water, they grab on.
280
1056000
2000
Si vous passez leurs pattes sous l'eau ils tiennent toujours.
17:56
How do they do it then? Believe it or not, they grab on
281
1058000
4000
Comment peuvent ils faire cela alors? Croyez le ou non ils tiennent
18:00
by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
282
1062000
4000
grâce aux efforts intermoléculaires, les forces de Van der Waals.
18:04
You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
283
1066000
2000
Vous en avez probablement entendu parlé il y a longtemps en chimie
18:06
where you had these two atoms, they're close together,
284
1068000
2000
lorsque vous avez deux atomes, suffisamment proches,
18:08
and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
285
1070000
3000
et que les électrons se déplacent autours. Ces petits efforts sont suffisants
18:11
to allow them to do that because it's added up so many times
286
1073000
3000
pour leur permettre de faire cela car ils sont sommés de nombreuses fois
18:14
with these small structures.
287
1076000
3000
avec ces petites structures.
18:17
What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
288
1079000
5000
Ce que nous avons fait c'est s'inspirer de ces poils
18:22
and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
289
1084000
5000
et avec un autre collègue de Berkeley, nous les avons industrialisés.
18:27
And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
290
1089000
3000
Et tout récemment nous avons fait une percée avec laquelle nous pensons à présent
18:30
we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
291
1092000
5000
pouvoir créer le premier adhésif synthétique sec et auto-nettoyant.
18:35
dry adhesive. Many companies are interested in this.
292
1097000
5000
Beaucoup de sociétés s'y intéressent.
18:40
(Laughter)
293
1102000
3000
(Rires)
18:43
We also presented to Nike even.
294
1105000
2000
Nous l'avons également présenté à Nike.
18:45
(Laughter)
295
1107000
3000
(Rires)
18:48
(Applause)
296
1110000
6000
(Applaudissements)
18:54
We'll see where this goes. We were so excited about this
297
1116000
3000
Nous verrons où ça nous mènera. Nous étions si excités à propos de cela
18:57
that we realized that that small-size scale --
298
1119000
3000
que nous avons réalisé qu'à une échelle plus petite,
19:00
and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
299
1122000
3000
et dans un endroit où tout deviendrai collant, où la gravité n'aurait plus d'importance,
19:03
we needed to look at ants and their feet, because
300
1125000
3000
nous devrions regarder les fourmis et leurs pattes, parce que
19:06
one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
301
1128000
5000
un de mes autres collègues de Berkeley, a fabriqué un robot mobile en silicone
19:11
robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
302
1133000
3000
de 6 millimètre. Mais il reste coincé. Il ne bouge pas très bien.
19:14
But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
303
1136000
3000
Pourtant les fourmis y arrivent bien et nous allons voir comment, donc à terme
19:17
we'll make this move. And imagine: you're going to be able
304
1139000
3000
nous pourrons faire ces mouvements. Et imaginez, vous aurez la possibilité
19:20
to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
305
1142000
5000
d'avoir un essaim de ces robot de 6 millimètres capables de courir autour de vous.
19:25
Where's this going? I think you can see it already.
306
1147000
3000
Où cela nous mène? Je pense que vous pouvez déjà l'imaginer.
19:28
Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
307
1150000
4000
Internet a clairement déjà des yeux et des oreilles,
19:32
you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
308
1154000
4000
vous avez des webcams et ainsi de suite. Mais il sera aussi capable d'avoir des jambes et des mains.
19:36
You're going to be able to do programmable
309
1158000
2000
Vous aurez la capacité de programmer
19:38
work through these kinds of robots, so that you can run,
310
1160000
4000
des tâches via ce genre de robots, donc vous pourrez courir,
19:42
fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
311
1164000
9000
voler ou nager n'importe où. Nous avons vu David Kelly's à l'origine de cela avec son poisson.
19:51
So, in conclusion, I think the message is clear.
312
1173000
2000
Donc en conclusion, je pense que le message est clair.
19:53
If you need a message, if nature's not enough, if you care about
313
1175000
4000
Si vous avez besoin d'un message, si la nature n'est pas suffisante, si vous vous intéressez
19:57
search and rescue, or mine clearance, or medicine,
314
1179000
2000
à la recherche et au secours, ou au déminage, ou à la médecine
19:59
or the various things we're working on, we must preserve
315
1181000
4000
ou aux diverses choses sur lesquelles nous travaillons, nous devons préserver
20:03
nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
316
1185000
4000
les inventions de la nature, autrement ces secrets seront perdus à jamais.
20:07
Thank you.
317
1189000
1000
Merci
20:08
(Applause)
318
1190000
9000
(Applaudissements)
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