TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek chronomètre les animaux les plus rapides
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La biologiste Sheila Patek nous parle de son travail mesurant la vitesse du coup que donne la crevette-mante pour se nourrir, l'un des plus rapides mouvements dans le monde animalier, en utilisant des caméras enregistrant à 20 000 images par seconde.
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcher
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
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If you'd like to learn how to play the lobster, we have some here.
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3000
Si vous voulez savoir comment jouer avec un homard, nous en avons quelques-uns ici.
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And that's not a joke, we really do.
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3000
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Et ce n'est pas une blague, nous en avons réellement.
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So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
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5000
3000
Donc venez après la conférence et je vous montrerai comment jouer avec un homard.
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So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
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8000
4000
Donc, en fait, j'ai commencé à travailler sur ce qu'on appelle la crevette-mante
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a few years ago because they make sound.
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12000
3000
il y a de cela quelques années parce qu'elles produisent un son.
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This is a recording I made of a mantis shrimp
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2000
C'est un enregistrement que j'ai fait, d'une crevette-mante
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that's found off the coast of California.
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17000
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qui a été trouvée sur la côte de la Californie.
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And while that's an absolutely fascinating sound,
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30000
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Et bien que ce soit un son absolument fascinant,
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it actually turns out to be a very difficult project.
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33000
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ce projet s'est avéré être très difficile.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
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36000
5000
Et pendant que j'avais du mal à comprendre comment et pourquoi la crevette-mante,
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or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
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41000
4000
ou les stomatopodes, produisent un son, j'ai commencé à penser à leurs appendices.
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And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
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45000
3000
Et les crevettes-mantes sont appelées crevette-mante à causes des mantes-religieuses,
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which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
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48000
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qui ont elles aussi un appendice rapide pour se nourrir. Et j'ai commencé à penser,
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well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
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tiens, peut-être qu'il serait intéressant, pendant que j'écoute leurs sons,
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to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
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55000
3000
que j'essaye de comprendre comment ces animaux génèrent des coups très rapides pour se nourrir.
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And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
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4000
Et donc aujourd'hui, je vais parler du coup extrême du stomatopode,
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work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
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un travail que j'ai réalisé en collaboration avec Wyatt Korff et Roy Caldwell.
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So, mantis shrimp come in two varieties:
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Donc, les crevettes-mantes se répartissent dans deux groupes:
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there are spearers and smashers.
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il y a les harponneurs et les briseurs.
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And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
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Et ceci est une crevette-mante harponneuse ou stomatopode .
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And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
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73000
5000
Et il vit dans le sable, et il attrape les choses qui passent au dessus de sa tête.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
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78000
5000
Donc, c'est un coup rapide comme cela. Et si nous ralentissons un peu,
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this is the mantis shrimp -- the same species --
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2000
c'est une crevette-mante -- la même espèce --
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recorded at 1,000 frames a second,
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2000
enregistrée à 1000 images par seconde,
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played back at 15 frames per second.
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87000
2000
lue à 15 images par seconde.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
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89000
6000
Et vous pouvez voir que c'est vraiment une extension spectaculaire des membres,
02:00
exploding upward to actually just catch
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95000
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se projetant vers le haut pour en fait juste attraper
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a dead piece of shrimp that I had offered it.
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98000
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un bout de crevette morte que je lui ai offert.
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Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
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100000
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Maintenant, l'autre genre de crevette-mante est le stomatopode briseur.
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and these guys open up snails for a living.
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105000
3000
et ces gars ouvrent des escargots pour vivre.
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And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
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108000
5000
Et alors ce gars a un escargot fermé et il lui donne un bon coup.
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(Laughter)
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113000
1000
(Rires)
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So, I'll play it one more time.
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114000
2000
Je vais le rejouer une fois de plus.
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He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
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116000
4000
Il le remue sur place, le sent avec son nez, et le frappe.
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And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
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120000
7000
Et après quelques coups, l'escargot est cassé et ouvert, et il a un bon repas.
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So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
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127000
4000
L'appendice raptorial briseur peut transpercer avec une pointe à l'extrémité,
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or it can smash with the heel.
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131000
2000
ou il peut le frapper avec le talon.
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And today I'll talk about the smashing type of strike.
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133000
3000
Et aujourd'hui je vais vous parler du genre de coup briseur.
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And so the first question that came to mind was,
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136000
2000
Et la première question qui m'est venue à l'esprit fut,
02:43
well, how fast does this limb move?
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138000
3000
et bien, à quelle vitesse ce membre bouge-t-il?
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Because it's moving pretty darn fast on that video.
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141000
3000
Parce qu'il se déplace franchement vite dans cette vidéo.
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And I immediately came upon a problem.
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144000
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Et je me suis immédiatement heurté à un problème.
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Every single high-speed video system in the biology department
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147000
3000
Aucune camera à haute vitesse dans le département de biologie
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at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
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150000
4000
à Berkeley n'était assez rapide pour capturer ce mouvement.
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We simply couldn't capture it on video.
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154000
2000
Nous ne pouvions simplement pas le capturer sur une vidéo.
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And so this had me stymied for quite a long period of time.
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156000
3000
Et cela m'a coincé pendant un bon moment.
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And then a BBC crew came cruising through the biology department,
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159000
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Puis, une équipe de la BBC est venue faire une un tour dans le département de biologie,
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looking for a story to do about new technologies in biology.
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162000
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ils cherchaient une histoire sur les nouvelles technologies dans la biologie.
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And so we struck up a deal.
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167000
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Et donc nous conclu un accord.
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I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
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169000
2000
J'ai dit,"Et bien, si vous nous louez votre caméra à haute vitesse
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that could capture these movements,
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171000
2000
qui pourrait capturer ces mouvements,
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you guys can film us collecting the data."
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173000
3000
vous pourrez nous filmer en train de collecter les données."
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And believe it or not, they went for it. (Laughter)
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176000
2000
Et croyez-le ou non, ils étaient d'accord.
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So we got this incredible video system. It's very new technology --
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178000
4000
Donc, nous avons eu cet incroyable système vidéo. C'est une technologie très récente --
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it just came out about a year ago --
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182000
2000
c'est sorti l'année dernière --
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that allows you to film at extremely high speeds in low light.
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184000
5000
cela vous permet de filmer à des vitesses extrêmement élevées avec une faible luminosité.
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And low light is a critical issue with filming animals,
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189000
2000
Et la luminosité faible est un problème majeur lorsqu'on filme des animaux,
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because if it's too high, you fry them. (Laughter)
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191000
3000
parce que si elle est trop élevée, vous les brûlez.
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So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
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194000
5000
Ceci est une crevette-mante. Il y a les yeux en haut là,
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and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
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199000
3000
et il y a cet appendice raptorial, et il y a le talon.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
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202000
3000
Et cette chose va tourner et frapper l'escargot.
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And the snail's wired to a stick,
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205000
1000
Et l'escargot est attaché à un bâtonnet,
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so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
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206000
4000
ainsi, placer le coup est plus facile. Et -- ouai.
03:55
(Laughter)
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210000
2000
(Rires)
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I hope there aren't any snail rights activists around here.
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212000
3000
J'espère qu'il n'y a pas de défenseurs des droits de l'escargot dans la salle.
04:00
(Laughter)
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215000
2000
(Rires)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
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217000
5000
Alors ceci a été filmé à 5000 images par seconde,
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and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
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222000
5000
et je la lis à 15. Et c'est donc ralenti 333 fois.
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And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
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227000
3000
Et comme vous pouvez le voir, c'est encore bigrement rapide
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slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
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230000
4000
en étant ralenti 333 fois. C'est un mouvement incroyablement puissant
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The whole limb extends out. The body flexes backwards --
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Tout le membre s'étend vers l'extérieur. Le corps se fléchit en arrière --
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just a spectacular movement.
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237000
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un mouvement spectaculaire.
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And so what we did is, we took a look at these videos,
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240000
2000
Et ce que nous avons fait, c'est de jeter un coup d'œil à ces vidéos,
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and we measured how fast the limb was moving
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242000
2000
et nous avons mesuré à quelle vitesse le membre bougeait
04:29
to get back to that original question.
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244000
2000
pour revenir à notre question d'origine.
04:31
And we were in for our first surprise.
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246000
3000
Et ce fut notre première surprise.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
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249000
3000
Donc nous avons calculé que les membres bougeaient
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
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252000
2000
à une vitesse de pointe allant de 10 mètres par seconde
04:39
all the way up to 23 meters per second.
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254000
2000
jusqu'à un maximum de 23 mètres par seconde.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
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256000
2000
Et pour ceux qui préfèrent les kilomètres par heure,
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that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
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258000
5000
cela fait plus de 72 kilomètres par heure dans l'eau. Et c'est vraiment très rapide.
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In fact, it's so fast we were able to add a new point
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263000
4000
En fait, c'est tellement rapide que nous avons pu mettre une information supplémentaire
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on the extreme animal movement spectrum.
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267000
3000
dans la catégorie des mouvements extrêmes des animaux.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
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270000
3000
Et la crevette-mante est officiellement l'animal possédant le mouvement pour se nourrir mesuré le plus rapide
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
de n'importe quel règne animal. Voilà notre première surprise.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(applaudissements)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
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278000
3000
C'était vraiment super et très inattendu.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
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281000
3000
Alors, vous devez peut-être vous demander, comment font-ils ça?
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
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284000
3000
En fait, ce travail a été fait dans les années 60.
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
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287000
2000
par un célèbre biologiste du nom de Malcom Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
Et il a démontré que la crevette-mante utilise
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what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
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292000
3000
ce qu'on appelle un mécanisme de capture, ou mécanisme à clic.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
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295000
4000
Et il est essentiellement composé d'un grand muscle
05:24
that takes a good long time to contract,
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299000
2000
qui met un long moment à se contracter,
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
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301000
3000
et d'un loquet qui empêche tout mouvement.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
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304000
2000
Donc le muscle se contracte, et rien ne se passe.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
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306000
3000
Et une fois que le muscle est complètement contracté, tout est mis en réserve --
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
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309000
4000
le loquet est propulsé vers le haut, et vous avez le mouvement.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
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313000
3000
Et c'est ce qu'on appelle simplement un système d'amplification de puissance.
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It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
Le muscle met un long moment pour se contracter,
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
et le membre se déploie dans un moment très court.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
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320000
3000
Et alors j'ai pensé que c'était en quelque sorte la fin de l'histoire.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
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323000
4000
Voilà comment les crevettes-mantes réalisent ces coups très rapides.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Mais ensuite j'ai fait une excursion au Musée National d'Histoire Naturelle.
05:56
And if any of you ever have a chance,
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331000
2000
Et si certains d'entre vous en ont la possibilité,
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
dans les coulisses du Musée National d'Histoire Naturelle
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
il y a l'une des meilleures collections au monde de crevettes-mantes conservées. Et ce que --
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Rires)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
c'est une affaire sérieuse pour moi.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Rires)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
Donc, voilà -- ce que j'ai vu, sur chaque membre d'une crevette-mante,
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whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
qu'elle soit de type harponneur ou briseur,
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is a beautiful saddle-shaped structure
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350000
2000
c'est une belle structure en forme de selle
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right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
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352000
4000
juste sur la surface supérieure du membre. Et vous pouvez le voir ici.
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It just looks like a saddle you'd put on a horse.
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356000
2000
Cela ressemble à une selle que vous mettriez sur un cheval.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
C'est une structure magnifique.
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And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
Et elle est entourée de secteurs membraneux. Et ces secteurs membraneux
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suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
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365000
4000
m'ont fait pensé que c'est peut être une sorte de structure dynamique et flexible.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
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369000
3000
Et cette sorte de structure m'a laissé perplexe pendant un moment.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
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372000
4000
Puis, ensuite nous avons fait des séries de calcul, et ce que nous avons pu démontrer
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
c'est que les crevettes-mantes doivent avoir un ressort.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Il doit y avoir un genre de mécanisme de rechargement à ressort
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in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
pour générer la quantité de force que nous observons,
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
ainsi que la vitesse que nous observons, et la production du système.
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So we thought, OK, this must be a spring --
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388000
3000
Donc nous nous sommes dit, OK, c'est surement un ressort --
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the saddle could very well be a spring.
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391000
2000
la selle pourrait très bien être un ressort.
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And we went back to those high-speed videos again,
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393000
2000
Et nous nous sommes repenchés sur ces vidéos à haute vitesse,
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
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395000
6000
et nous avons pu visualiser la selle se compresser et s'étendre.
07:06
And I'll just do that one more time.
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401000
3000
Et je vais le repasser encore une fois.
07:09
And then if you take a look at the video --
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404000
2000
Puis si vous regardez bien dans la vidéo --
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
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406000
2000
c'est assez difficile de le voir -- c'est surligné en jaune.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
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2000
La selle est surlignée en jaune. Vous pouvez en fait la voir
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extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
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410000
4000
en extension pendant la course du coup, et à vrai dire en hyper-extension.
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So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Donc, nous avions une preuve très solide qui montrait
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
que cette structure en forme de selle se compresse et s'étend,
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
et agit vraiment, comme un ressort.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
La structure en forme de selle est aussi connue pour sa surface paraboloïde hyperbolique,
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
ou une surface anticlastique.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Et elle est très bien connue des ingénieurs et architectes,
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
parce que c'est une surface très dure, résistant à la compression.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Elle est faite de courbes en deux directions,
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
une courbe incurvée vers le haut et une courbe transversale opposée, incurvée vers le bas
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
donc n'importe quelle sorte de perturbation répand les forces
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
sur toute la surface de ce genre de forme.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Donc c'est très bien connu des ingénieurs, mais pas aussi bien des biologistes.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
C'est aussi connu d'un bon nombre de personnes qui créent des bijoux,
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
parce que cela requiert très peu de matière
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
pour fabriquer ce genre de surface, et c'est très solide.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Donc si vous voulez construire une structure mince en or,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
c'est très bien d'avoir une forme solide.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Maintenant, c'est également connu des architectes. L'un des architectes les plus célèbres ,
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
est Eduardo Catalano, qui a rendu cette structure populaire.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Et ce qui est montré ici, c'est un toit en forme de selle qu'il a construit
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
qui fait 26,7 mètres d'envergure.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Il fait 6,35 cm d'épaisseur, et est supporté en deux points.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Et l'une des raisons pour laquelle il a conçu ces toits de cette façon c'est --
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
qu'il trouvait fascinant de pouvoir construire une structure si solide
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
à partir de si peu de matière et qui puisse être supportée par si peu de points.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Et tout ceci fait parti du même principe qui s'applique
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
au ressort en forme de selle chez le stomatopode.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
Dans les systèmes biologiques il est important de ne pas avoir besoin
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
de matériau supplémentaire pour le construire.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Donc, ce sont des parallèles très intéressants entre le monde biologique
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
et le monde de l'ingénierie. Et curieusement, il s'avère --
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
que la selle du stomatopode est la première
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
description d'un ressort paraboloïde hyperbolique et biologique.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
C'est un peu long, mais c'est plutôt intéressant.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
Puis la question suivante, et la dernière, était, quelle est la force
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
que produit une crevette-mante si elle est capable de briser des escargots?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Et j'ai donc câblé ce qu'on appelle un capteur de force.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
Un capteur de force mesure les forces et c'est en vérité
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
un capteur piezoélectrique qui a un petit cristal à l'intérieur.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Et quand le cristal est pressé, les propriétés électriques changent
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
proportionnellement aux forces exercées sur ce dernier.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Donc ces animaux sont merveilleusement agressifs,
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
et sont tout le temps très affamés. Et donc, tout ce que j'avais à faire
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
était de mettre un peu de pâte de crevette sur la façade du capteur de force,
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
et ils le frapperaient.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
Et donc ceci est juste une vidéo ordinaire de l'animal
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
frappant un bon nombre de fois le capteur de force.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
Et nous avons pu avoir à la sortie quelques mesures de force.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
Et encore une fois, ce fut une surprise pour nous.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
J'ai acheté un capteur de force de 450 Newtons, pensant,
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
qu'aucun animal de cette taille ne pourrait produire plus de 450 Newtons.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Et comme vous le savez, ils ont immédiatement dépassé la capacité du capteur.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Donc ici vous pouvez voir quelques vieilles données
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
que j'ai trouvées sur le plus petit animal du laboratoire,
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
et nous pouvions mesurer des forces bien supérieures à 450 Newtons
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
générées par un animal de cette taille.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Et en fait, la semaine dernière j'ai pris un capteur de force de 1330 Newtons
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
en état de marche, et nous avons mesuré des forces générées par ces animaux
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
dépassant 890 Newtons.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
Et encore une fois, je pense que ça sera un record mondial.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Je dois faire un peu de recherche pour le vérifier
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
mais je pense que ça sera la plus grande quantité de force produite
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
par un animal ramené à l'unité de masse. Donc ce sont des forces incroyables.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
Et encore une fois, cela nous ramène à l'importance de ce ressort
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
dans le stockage et la libération de tant d'énergie dans ce système.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Mais ce n'est pas la fin de l'histoire.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
Maintenant, ces choses -- je les fais apparaître facilement, mais c'est en vérité beaucoup de travail.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Et j'ai eu toutes ces mesures de force,
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
et puis je suis allé voir la production de force du système.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
Et c'est vraiment très simple -- le temps est sur l'axe des X
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
et la force sur l'axe des Y. Et vous pouvez voir deux pics.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
Et cela m'a rendu vraiment perplexe.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
Le premier pic, est évidemment le coup du membre sur le capteur de force.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Mais il y a un second grand pic une demie milliseconde plus tard,
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
et je ne savais pas ce que c'était.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Donc maintenant, vous pourriez supposer un second pic pour d'autres raisons,
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
mais pas une demie milliseconde plus tard.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Je reviens encore sur ces vidéos à haute vitesse,
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
il y a un bon indice de ce qui pourrait se passer.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Voici la même orientation que nous avons vu plus tôt.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Ici nous avons l'appendice raptorial -- là le talon,
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
et il va tourner et frapper le capteur de force.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
Et ce que je voudrais que vous fassiez dans cette capture, c'est de garder vos yeux sur
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
la surface du capteur de force, quand le membre s'y déploie.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Et j'espère que vous êtes capable de voir un flash de lumière.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Audience: Ouah.
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Sheila Patek: Et si nous prenons seulement une image, ce que vous pouvez voir
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
au bout de la flèche jaune est une bulle de vapeur.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
Et c'est la cavitation.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
Et la cavitation est un puissant phénomène hydrodynamique
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
qui se produit lorsque vous avez des zones d'eau
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
qui bougent à différentes vitesses extrêmes.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Et lorsque cela arrive, cela peut créer des zones de très basse pression
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
ce qui aboutit littéralement à une vaporisation de l'eau.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Et lorsque cette bulle de vapeur éclate, elle émet du son, de la lumière et de la chaleur
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
et c'est un processus très destructif.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Et donc là c'est sur le stomatopode. Et encore une fois, c'est une situation
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
où les ingénieurs sont très familiers avec ce phénomène,
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
parce que cela détruit les hélices de bateau.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Des personnes ont travaillé pendant des années pour essayer et concevoir
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
une hélice de bateau tournant à haute vitesse qui ne crée pas de cavitation
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
et use littéralement le métal et fait des trous dedans.
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
comme on peut le voir sur ces photos.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
Donc c'est une force puissante dans les systèmes hydrauliques, et l'étape d'après
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
je vais vous montrer la crevette-mante approchant un escargot.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Cela a été pris à 20 mille images par seconde, et
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
tout le mérite en revient au caméraman de la BBC, Tim Green, pour l'avoir filmé,
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
parce que je n'aurais pas pu le faire même dans un million d'années.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
L'un des avantages de travailler avec un caméraman professionnel.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Vous pouvez le voir entrer en collision, et un flash incroyable de lumière
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
et toute la cavitation se propagent sur toute la surface de l'escargot.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
Donc c'est vraiment une image impressionnante,
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
extrêmement ralentie, à des vitesses extrêmement lentes.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
Et encore une fois, nous pouvons le voir légèrement différemment d'ici,
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
avec la formation de la bulle et son éclatement entre ces deux surfaces.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
En fait, vous avez peut-être vu une cavitation remontant le bord du membre.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Donc, pour expliquer le dilemme concernant ces deux pics de force:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
je pense que cela se passe ainsi, le premier impact est en fait
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
le coup porté sur le capteur de force par le membre, et le second impact est
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
l'éclatement de la bulle de cavitation.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Et ces animaux pourraient très bien utiliser
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
non seulement la force et l'énergie stockée par leur ressort spécialisé,
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
mais aussi les propriétés extrêmes de la dynamique des fluides. Et ils utilisent peut-être
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
la dynamique des fluides comme une seconde force pour casser l'escargot.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Donc c'est un double coup dur fascinant, pour ainsi dire, de la part de ces animaux.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Donc, une question qu'on me pose souvent après ce discours --
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
j'y ai pensé et je voudrais y répondre maintenant -- c'est, qu'arrive-t-il à l'animal?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Parce que manifestement, si il brise des escargots,
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
le pauvre membre doit se désintégrer. Et c'est le cas.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Ceci est la surface d'impact du talon sur ces deux images,
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
et il sont usés. En fait, je les ai déjà vus user
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
leur talon entièrement jusqu'à la chair.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Mais l'un des avantages d'être un arthropode
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
c'est qu'il doit muer. Et toutes les trois semaines environ,
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
ces animaux muent, et fabriquent un nouveau membre et il n'y a aucun problème.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
Une solution très très pratique pour ce problème particulier.
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So, I'd like to end on sort of a wacky note.
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Donc, je voudrais finir sur une note plutôt dingue.
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(Laughter)
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3000
(Rires)
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Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
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4000
Peut-être que tout ceci est dingue pour des gens comme vous, je ne sais pas.
14:41
(Laughter)
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1000
(Rires)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
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857000
3000
Donc, le ressort -- le ressort en forme de selle --
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has actually been well known to biologists for a long time,
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860000
4000
est en fait bien connu par les biologistes depuis longtemps,
14:49
not as a spring but as a visual signal.
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4000
pas comme un ressort mais comme un signal visuel.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
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868000
2000
Et il y a un point coloré spectaculaire
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in the center of the saddles of many species of stomatopods.
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6000
au centre de la selle de beaucoup d'espèces de stomatopode.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
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3000
Et c'est tout à fait intéressant, de trouver les origines évolutives
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
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6000
des signaux visuels sur ce qui est vraiment, chez toutes les espèces, leurs ressorts.
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And I think one explanation for this could be
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2000
Et je pense qu'une explications possible pour cela pourrait être
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going back to the molting phenomenon.
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887000
2000
de revenir au phénomène de mue.
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So these animals go into a molting period where they're
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3000
Donc ces animaux entre dans une période de mue quand ils sont
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unable to strike -- their bodies become very soft.
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incapables de frapper -- leurs corps deviennent très mous.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
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895000
3000
Et ils sont littéralement incapables de frapper sinon ils s'auto-détruisent.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
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7000
Ceci est vrai. Et ce qu'ils font, pendant toute la période
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when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
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905000
3000
pendant laquelle ils ne peuvent frapper, ils deviennent très odieux et affreux,
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
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908000
4000
et ils frappent tout ce qu'ils voient, peu importe quoi ou qui.
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And the second they get into that time point when they can't strike any more,
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Et ensuite ils arrivent au point où ils ne peuvent plus du tout frapper,
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they just signal. They wave their legs around.
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916000
3000
ils envoient seulement des signaux. Ils agitent leurs pattes.
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And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
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4000
Et c'est l'un des exemples classiques de bluff dans le comportement animal.
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It's a well-established fact of these animals
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C'est un fait très bien établi que ces animaux
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that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
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925000
4000
peuvent bluffer. Ils ne peuvent en vérité pas frapper, mais ils font semblant.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
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929000
2000
Et je suis très curieuse de savoir si ces points colorés
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in the center of the saddles are conveying some kind of information
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4000
situés au centre des selles communiquent quelques informations
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about their ability to strike, or their strike force,
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sur leur capacité à frapper, ou leur force de frappe,
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
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3000
ou quelque chose sur la période du cycle de mue.
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So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
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Donc c'est un fait étrange et intéressant de trouver une structure visuelle
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right in the middle of their spring.
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juste au milieu de leur ressort.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
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Donc pour conclure, je suis surtout reconnaissante à mes deux collaborateurs,
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Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
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Wyatt Korff et Roy Caldwell, qui ont étroitement travaillé avec moi sur ce projet.
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And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
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Et aussi le Miller Institute for Basic Research in Science,
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which gave me three years of funding to just do science all the time,
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qui m'a donné trois années de financement pour faire de la science tout le temps ,
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and for that I'm very grateful. Thank you very much.
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et pour cela je leurs suis très reconnaissante. Merci beaucoup.
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(Applause)
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(Applaudissements)
ABOUT THE SPEAKER
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcherBiologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants.
Why you should listen
Sheila Patek, a UC Berkeley biologist, made a name for herself by measuring the hyperfast movements of snail-smashing mantis shrimp heels and bug-snapping ant jaws, using high-speed video cameras recording at up to 20,000 frames per second. In 2004, she and her team showed that peacock mantis shrimp had the fastest feeding strike in the animal kingdom, and that they are the only known animal to store energy in a hyperbolic paraboloid, a super-strong Pringles-shaped structure more often found in modern architecture.
Then in 2006, she and her team announced that trap-jaw ants had stolen the title of fastest striker from the mantis shrimp, when their research measured the ants' snapping jaws at an awesome 78 to 145 miles per hour, accelerating at 100,000 times the force of gravity. Patek's previous research focused on the sounds made by spiny lobsters, discovering that they used a mechanism similar to a violin. In 2004, she was named one of Popular Science magazine's "Brilliant 10." The Patek Lab at University of Massachusetts Amherst, where Patek is the principal investigator, continues to explore evolutionary questions through the integration of physiology, biomechanics, evolutionary analysis and animal behavior.
Sheila Patek | Speaker | TED.com