TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
רוברט פול: הסודות של היצורים הכי מגעילים בטבע, מתועלים לרובוטים
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
איך רובוטים לומדים להתייצב על פני שטח קשים, ללכת הפוך, לעשות תרגילי התעמלות באוויר ולרוץ לתוך קירות בלי לפגוע בעצמם?
רוברט פול מביט בגוף המדהים של המקק כדי להראות מה הוא יכול ללמד מהנדסי רובוטים.
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.
00:12
Even nature's most disgusting creatures
0
930
2904
אפילו היצורים הכי דוחים בטבע
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
יכולים ללמד אותנו סודות חשובים,
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
אבל מי היה רוצה נחיל של מקקים
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
שמגיע לכיוונם?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
ועדיין אחד ההבדלים הגדולים
בין טכנולוגיות אנושיות וטבעיות
בין טכנולוגיות אנושיות וטבעיות
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
מתייחס לעמידות.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
מערכות עמידות עמידות בסביבות
00:29
and new environments.
7
17284
1721
מסובכות וחדשות.
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
למרבא הפלא, מקקים יכולים ליצב את עצמם
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
כשהם רצים על פני שטח קשים.
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
כשאנחנו שמים חליפת סילון עליהם,
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
או גורמים להם הפרעה כמו רעידת אדמה,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
גילינו שהרגליים המדהימות שלהם
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
מאפשרות להם לייצב את עצמם
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
בלי להשתמש בכלל במוח שלהם.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
הם יכולים ללכת על פני שטח מורכבים כמו דשא,
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
בלי בעיה, ולא לאבד יציבות.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
גילינו התנהגות חדשה בה,
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
בגלל הצורה שלהם,
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
הם למעשה מתגלגלים אוטומטית על הצד
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
בכדי ללכת דרך הדשא המלאכותי הניסויי.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
מערכות עמידות יכולות לבצע פעילויות מרובות
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
עם אותו מבנה.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
הנה התנהגות חדשה שגילינו.
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
החיות מתהפכות במהירות ונעלמות
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
תוך פחות מ 150 מילישיניות --
אתם לעולם לא רואים אותן --
אתם לעולם לא רואים אותן --
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
על ידי שימוש במבנה בו הם
משתמשים לריצה, הרגלים שלהם.
משתמשים לריצה, הרגלים שלהם.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
הם יכולים לרוץ הפוך
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
מהר מאוד על מוטות, ענפים וחוטים,
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
ואם אתם מפריעים לאחד הענפים האלו,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
הם יכולים לעשות את זה.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
הם יכולים לבצע תמרונים ספורטיביים
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
כמו אף רובוט שיש לנו עדיין.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
ויש להם כושר תמרון
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
כמעט בלתי מוגבל עם אותו המבנה
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
וגישה ללא תקדים למגוון
01:33
of different areas.
36
81136
4270
של אזורים שונים.
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
יש להם כנפיים לתעופה כשחם להם,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
אבל הם מתשמשים באותן כנפיים כדי להתהפך
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
אם הם מאבדים יציבות.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
מאוד יעיל.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
מערכות עמידות הן גם עמידות לכשלים.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
זו רגל של מקק.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
יש לה שדרה, פדים דביקים וטפרים,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
אבל אם תורידו את הרגלים האלו,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
הם עדיין יכולים ללכת על שטח קשה,
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
כמו בסרטון התחתון שאתם רואים,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
בלי כמעט להאט. מדהים.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
הם יכולים לרוץ במעלה רשת בלי הרגליים.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
הנה חיה שמשתמש בתלת רגל מתחלף רגיל:
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
שלוש רגליים, שלוש רגליים, שלוש רגליים,
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
אבל בטבע, חרקים
הרבה פעמים מאבדים רגליים.
הרבה פעמים מאבדים רגליים.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
הנה אחד נע בלי שתי רגליים אמצעיות.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
הוא יכול אפילו לאבד שלוש רגליים,
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
ולאמץ צעד חדש, צעד קיפוץ.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
ואני מציין שכל הסרטונים האלה
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
מואטים פי 20,
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
אז הם למעשה די מהירים, כשאתם רואים את זה.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
מערכות עמידות הן גם עמידות לנזקים.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
הנה חיה שמטפסת על קיר.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
זה נראה טיפוס אנכי מהיר, חלק,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
אבל כשאתם מאיטים את זה,
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
אתם רואים משהו שונה.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
הנה מה שהם עושים.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
הם בכוונה מתנגשים חזיתית בקיר
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
כך שהם לא מאיטים ויכולים לשנות כיוון למעלה
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
בתוך 75 מילישניות.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
והם יכולים לעשות את זה חלקית בגלל שיש להם
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
שלד חיצוני יוצא דופן.
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
והם באמת עשויים ממפרקים מותאמים
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
שהם צינורות ולוחיות
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
מחוברות אחת לשניה.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
הנה ניתוח של בטן של מקק.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
אתם רואים את הלוחיות האלו,
ואתם רואים את הממברנות המותאמות.
ואתם רואים את הממברנות המותאמות.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
העמית המהנדס שלי בברקלי
03:12
designed with his students
75
180766
1124
תיכנן עם הסטודנטים שלו
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
טכנולוגיית יצור חדשנית
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
שם למעשה אתם עושים
אוריגמי של השלד החיצוני,
אוריגמי של השלד החיצוני,
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
אתם חותכים אותו בלייזר, יוצרים שכבות,
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
ומקפלים אותו לרובוט.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
ואתם יכולים לעשות את זה בפחות מ 15 דקות.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
הרובוטים האלה, שנקראים DASH,
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
הקספודים פרושים אוטונומיים דינמיים,
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
הם רובוטים מאוד תואמים,
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
והם עמידים להפליא כתוצאה
03:39
of these features.
85
207887
1803
מהתכונות האלו.
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
הם בהחלט מאוד עמידים לנזק.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(צחוק)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
יש להם אפילו חלק מההתנהגויות של מקקים.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
אז הם יכולים להשתמש בגוף החכם והמותאם שלהם
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
לעלות על קירות
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
בדרך מאוד פשוטה.
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
יש להם אפילו סוג של התחלה
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
של התנהגות התהפכות מהירה
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
בה הם נעלמים.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
עכשיו אנחנו רוצים לדעת
למה הם יכולים ללכת לכל מקום.
למה הם יכולים ללכת לכל מקום.
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
גילינו שהם יכולים לעבור דרך
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
מרווחים של שלושה מילימטר,
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
הגובה של שני מטבעות, שני מטבעות בערמה,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
וכשהם עושים את זה,
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
הם יכולים למעשה לרוץ
דרך החללים הצפופים האלה
דרך החללים הצפופים האלה
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
במהירויות גבוהות,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
למרות שאתם אף פעם לא רואים את זה.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
כדי להבין את זה טוב יותר,
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
עשינו סריקת CT של השלד החיצוני שלהם
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
והראנו שהם יכולים לדחוס את הגוף שלהם
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
ב 40 אחוז.
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
אנחנו שמים אותם במכונת בדיקת חומרים
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
כדי לראות אנליזת עומס חומר
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
והראנו שהם יכולים לעמוד בכוחות
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
גדולים פי 800 ממשקל גופם,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
ואחרי זה הם יכולים לעוף ולרוץ
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
רגיל לחלוטין.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
אז אתם לעולם לא יודעים לאן
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
מחקר מבוסס סקרנות יוביל,
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
ויום אחד אתם אולי תרצו נחיל
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
של רובוטים בהשראת מקקים
04:50
to come at you.
117
278405
2414
שיבוא אליכם.
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(צחוק)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
תודה לכם.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(מחיאות כפיים)
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