TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
רוברט פול על הנדסה ואבולוציה
Filmed:
Readability: 3.6
1,087,679 views
חרקים וחיות פיתחו כישורים מופלאים -- אבל, כמו שרוברט פול מציין, חיות רבות הן למעשה מהונדסות יתר על המידה. החוכמה היא לחקות רק את מה שדרוש. הוא מדגים כיצד מהנדסי אנוש יכולים ללמוד מהטריקים של החיות.
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
ברוכים הבאים. אפשר להציג את השקופית הראשונה בבקשה?
00:33
Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
1
15000
5000
בניגוד לחישובים של כמה מהנדסים, דבורים יכולות לעוף,
00:38
dolphins can swim, and geckos can even climb
2
20000
7000
דולפינים יכולים לשחות, ושממיות יכולות לטפס אפילו על
00:45
up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
3
27000
6000
המשטחים החלקים ביותר. ברצוני לנצל את הזמן הקצר העומד לרשותי
00:51
is to try to allow each of you to experience
4
33000
4000
כדי לנסות לאפשר לכל אחד מכם להתנסות
00:55
the thrill of revealing nature's design.
5
37000
6000
במידת מה, בהנאה שבגילוי העיצובים של הטבע.
01:01
I get to do this all the time, and it's just incredible.
6
43000
2000
אני זוכה לכך באופן קבוע, וזה פשוט נפלא.
01:03
I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
7
45000
6000
ברצוני לנסות לשתף אתכם קצת בעזרת המצגת הזאת.
01:09
The challenge of looking at nature's designs --
8
51000
2000
האתגר בהתבוננות בעיצובים של הטבע --
01:11
and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
9
53000
4000
אספר לכם על צורת ההסתכלות שלנו על הנושא, ועל הדרך בה יישמנו אותו.
01:15
The challenge, of course, is to answer this question:
10
57000
2000
האתגר הוא, כמובן, לענות על השאלה הבאה:
01:17
what permits this extraordinary performance of animals
11
59000
3000
מה מאפשר את הביצועים יוצאי הדופן של החיות
01:20
that allows them basically to go anywhere?
12
62000
3000
שיכולות למעשה לנוע לכל מקום?
01:23
And if we could figure that out, how can we implement those designs?
13
65000
7000
ואם נוכל להבין זאת, איך נוכל ליישם את העיצובים האלה?
01:30
Well, many biologists will tell engineers, and others,
14
72000
3000
ביולוגים רבים יגידו למהנדסים ולאנשים אחרים,
01:33
organisms have millions of years to get it right;
15
75000
3000
שלאורגניזמים היו מיליוני שנים כדי לסדר את העניינים,
01:36
they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
16
78000
3000
הם עוצרי נשימה, הם יכולים לעשות כל דבר בצורה טובה להפליא.
01:39
So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
17
81000
4000
והתשובה היא, אם כן, ביומימיקה -- פשוט לחקות ישירות את הטבע.
01:43
We know from working on animals that the truth is
18
85000
5000
אבל, מעבודה עם חיות אנו יודעים שהאמת היא
01:48
that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
19
90000
4000
שזה בדיוק מה שלא נרצה לעשות. האבולוציה עובדת
01:52
on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
20
94000
3000
על העקרון של להיות טוב דיך, ולא על עקרון המושלמות.
01:55
And the constraints in building any organism, when you look at it,
21
97000
4000
המגבלות בבניה של אורגניזם כלשהו הן נוקשות ביותר.
01:59
are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
22
101000
5000
לטכנולוגיות טבעיות יש מגבלות עצומות.
02:04
Think about it. If you were an engineer and I told you
23
106000
3000
חשבו על כך. נניח שהנכם מהנדסים ואני מטיל עליכם
02:07
that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
24
109000
5000
לבנות מכונית, שצריכה להתחיל בגודל הזה, ואז עליה לצמוח
02:12
then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
25
114000
4000
לגודלה המלא, ועליה להיות במצב פעולה במשך כל השלבים בדרך.
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
נניח שהייתם בונים מכונית, והייתי אומר לכם שעליכם
02:20
have to put a factory that allows you to make another automobile.
27
122000
4000
להתקין בה בית חרושת שיאפשר לכם לייצר מכונית נוספת.
02:24
(Laughter)
28
126000
2000
(צחוק)
02:26
And you can absolutely never, absolutely never, because of history
29
128000
4000
ולעולם לא תוכלו, לעולם לא, בגלל ההיסטוריה
02:30
and the inherited plan, start with a clean slate.
30
132000
4000
והתוכנית התורשתית, להתחיל עם לוח חלק.
02:34
So, organisms have this important history.
31
136000
3000
לאורגניזמים יש היסטוריה חשובה.
02:37
Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
32
139000
5000
האבולוציה עובדת יותר כמו תיקונצ'יק מאשר כמו מהנדס,
02:42
And this is really important when you begin to look at animals.
33
144000
3000
חשוב מאוד לזכור זאת כשמתחילים להתבונן בבעלי החיים.
02:45
Instead, we believe you need to be inspired by biology.
34
147000
7000
במקום זאת, אנו מאמינים שהביולוגיה צריכה להיות מקור ההשראה שלנו.
02:52
You need to discover the general principles of nature,
35
154000
4000
עלינו לגלות את העקרונות הכלליים של הטבע,
02:56
and then use these analogies when they're advantageous.
36
158000
3000
ולהשתמש באנלוגיות האלה כאשר ניתן להפיק מהן תועלת.
03:02
This is a real challenge to do this, because animals,
37
164000
3000
זהו אתגר אמיתי מכיוון שבעלי החיים -
03:05
when you start to really look inside them -- how they work --
38
167000
3000
כשמתחילים להתבונן בהם לעומק, ובדרך בה הם פועלים,
03:08
appear hopelessly complex. There's no detailed history
39
170000
4000
נראים מורכבים עד כדי ייאוש. אין הסטוריה מפורטת
03:12
of the design plans, you can't go look it up anywhere.
40
174000
3000
של תוכניות העיצוב, לא ניתן למצוא אותן בשום מקום.
03:15
They have way too many motions for their joints, too many muscles.
41
177000
4000
יש להם יותר מדי תנועות במפרקים שלהם ויותר מדי שרירים,
03:19
Even the simplest animal we think of, something like an insect,
42
181000
3000
אפילו לחיה הפשוטה ביותר שתעלה בדעתנו, כמו חרק.
03:22
and they have more neurons and connections than you can imagine.
43
184000
3000
מספר הנוירונים והחיבורים שלהם הוא מעבר לכל דמיון.
03:25
How can you make sense of this? Well, we believed --
44
187000
5000
איך אפשר להבין מה הולך שם? ובכן, אנחנו האמנו והעלנו השערה
03:30
and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
45
192000
5000
שדרך אחת בה בעלי החיים יכולים לפעול בצורה פשוטה היא
03:35
is if the control of their movements
46
197000
3000
אם השליטה על התנועות שלהם
03:38
tended to be built into their bodies themselves.
47
200000
6000
מובנית בגוף שלהם עצמו.
03:44
What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
48
206000
7000
גילינו שבעלי חיים בעלי 2, 4, 6 ו-8 רגליים,
03:51
all produce the same forces on the ground when they move.
49
213000
3000
כולם הפעילו כוחות זהים על האדמה כאשר הם נעו.
03:54
They all work like this kangaroo, they bounce.
50
216000
4000
כולם פועלים כמו הקנגרו הזה, הם מנתרים.
03:58
And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
51
220000
4000
ניתן לבנות עבורם מודל ע"י מערכת קפיץ-מסה שנקראת כך
04:02
because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
52
224000
3000
מכיוון שאנחנו ביו-מכונאים, למעשה זהו מקל פוגו.
04:05
They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
53
227000
4000
כולם יוצרים את הדפוס של מקל הפוגו. איך זה קורה?
04:09
Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
54
231000
6000
אצל בני האדם - רגל אחת עובדת כמו 2 רגליים של כלב שרץ ריצה קלה,
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
55
237000
4000
או כמו 3 רגליים של חרק שרץ ריצה קלה,
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
56
241000
2000
או כמו 4 רגליים של סרטן שרץ ריצה קלה.
04:21
And then they alternate in their propulsion,
57
243000
4000
ואז הן מתחלפות זו עם זו בכוח ההנעה שלהן.
04:25
but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
58
247000
5000
הדפוסים זהים כמעט בכל האורגניזמים שבדקנו.
04:30
-- you'll see next week, I'll give you a hint,
59
252000
2000
בשבוע הבא תראו - אתן לכם רמז,
04:32
there'll be an article coming out that says that really big things
60
254000
3000
יצא לאור מאמר שאומר שדברים גדולים מאוד,
04:35
like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
61
257000
4000
כמו טי-רקס, כנראה לא היו מסוגלים לבצע זאת, אבל תראו זאת בשבוע הבא.
04:39
Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
62
261000
2000
אמרנו שהחיות מנתרות כך
04:41
the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
63
263000
3000
במישור האנכי. בשיתופי הפעולה שלנו עם פיקסאר
04:44
in "A Bug's Life," we discussed the
64
266000
2000
ב"באג לייף",
04:46
bipedal nature of the characters of the ants.
65
268000
3000
דנו בטבע הדו-רגלי של דמויות הנמלים.
04:49
And we told them, of course, they move in another plane as well.
66
271000
2000
אמרנו שהן נעות גם במישור אחר,
04:51
And they asked us this question. They say, "Why model
67
273000
3000
והם שאלו את השאלה הבאה. הם אמרו,
04:54
just in the sagittal plane or the vertical plane,
68
276000
2000
"למה לבנות מודל רק במישור הסגיטלי או במישור האנכי,
04:56
when you're telling us these animals are moving
69
278000
2000
כאשר אתם אומרים לנו שהחיות האלה נעות
04:58
in the horizontal plane?" This is a good question.
70
280000
3000
במישור האופקי?" זאת שאלה טובה.
05:01
Nobody in biology ever modeled it this way.
71
283000
3000
אף אחד מעולם לא בנה מודל כזה בביולוגיה.
05:04
We took their advice and we modeled the animals moving
72
286000
4000
שמענו בעצתם ובנינו מודל בו החיות
05:08
in the horizontal plane as well. We took their three legs,
73
290000
3000
נעות גם במישור האופקי. לקחנו 3 רגליים שלהן,
05:11
we collapsed them down as one.
74
293000
1000
ואיחדנו אותן לרגל אחת.
05:12
We got some of the best mathematicians in the world
75
294000
3000
גייסנו את טובי המתמטיקאים בעולם
05:15
from Princeton to work on this problem.
76
297000
2000
מפרינסטון לעבוד על הבעיה הזאת.
05:17
And we were able to create a model
77
299000
3000
והצלחנו לבנות מודל בו החיות לא רק מנתרות
05:20
where animals are not only bouncing up and down,
78
302000
1000
מעלה ומטה,
05:21
but they're also bouncing side to side at the same time.
79
303000
4000
אלא הן מנתרות באותו הזמן גם מצד לצד.
05:25
And many organisms fit this kind of pattern.
80
307000
2000
אורגניזמים רבים מתאימים לדפוס הזה.
05:27
Now, why is this important to have this model?
81
309000
2000
מדוע יש למודל הזה חשיבות?
05:29
Because it's very interesting. When you take this model
82
311000
3000
מכיוון שהוא מאוד מעניין. כשלוקחים את המודל הזה
05:32
and you perturb it, you give it a push,
83
314000
3000
ומפריעים לו, נותנים לו דחיפה
05:35
as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
84
317000
4000
כאילו הוא נתקל במשהו, הוא מייצב את עצמו, בלי מוח,
05:39
or no reflexes, just by the structure alone.
85
321000
4000
בלי רפלקסים, רק באמצעות המבנה.
05:43
It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
86
325000
5000
זהו מודל יפהפה. בואו נתבונן במתמטיקה.
05:48
(Laughter)
87
330000
2000
(צחוק)
05:50
That's enough!
88
332000
1000
מספיק.
05:51
(Laughter)
89
333000
4000
(צחוק)
05:55
The animals, when you look at them running,
90
337000
2000
כשמתבוננים בחיות רצות
05:57
appear to be self-stabilizing like this,
91
339000
3000
נראה שהן מייצבות את עצמן בדרך הזאת,
06:00
using basically springy legs. That is, the legs can do
92
342000
3000
באמצעות רגליים קפיציות.
06:03
computations on their own; the control algorithms, in a sense,
93
345000
3000
כלומר, הרגליים יכולות לבצע חישובים משל עצמן,
06:06
are embedded in the form of the animal itself.
94
348000
3000
ואלגוריתמי השליטה מוטמעים במבנה של החיה.
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
95
351000
7000
למה לא שאבנו יותר השראה מהטבע ומתגליות מהסוג הזה?
06:16
Well, I would argue that human technologies are really different from
96
358000
4000
אני טוען שהטכנולוגיות האנושיות שונות מאוד
06:20
natural technologies, at least they have been so far.
97
362000
3000
מטכנולוגיות טבעיות. לפחות זה היה המצב עד עתה.
06:23
Think about the typical kind of robot that you see.
98
365000
5000
חשבו על הרובוט הטיפוסי בו אתם נתקלים.
06:28
Human technologies have tended to be large, flat,
99
370000
3000
טכנולוגיות אנושיות נטו להיות גדולות, שטוחות,
06:31
with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
100
373000
5000
עם זוויות ישרות, נוקשות, ובנויות ממתכת. יש להן גלגלים וצירים.
06:36
and axles. There are very few motors, very few sensors.
101
378000
3000
יש להן מעט מאוד מנועים ומעט מאוד חיישנים.
06:39
Whereas nature tends to be small, and curved,
102
381000
5000
בעוד שהטבע נוטה להיות קטן, עם קימורים.
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
103
386000
3000
הוא מתקפל ומתפתל ויש לו רגליים ותוספות.
06:47
and has many muscles and many, many sensors.
104
389000
3000
יש לו שרירים רבים וחיישנים רבים.
06:50
So it's a very different design. However, what's changing,
105
392000
4000
כלומר זהו עיצוב שונה לחלוטין. אבל, מה שמשתנה, מה שבאמת מרגש,
06:54
what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
106
396000
2000
-- ואציג בפניכם חלק מהדברים --
06:56
is that as human technology takes on more of the characteristics
107
398000
3000
זה שהטכנולוגיה האנושית רוכשת יותר
06:59
of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
108
401000
6000
תכונות של הטבע, והטבע יכול להיות מורה הרבה יותר שימושי.
07:05
And here's one example that's really exciting.
109
407000
2000
אציג בפניכם דוגמא אחת מאוד מרגשת.
07:07
This is a collaboration we have with Stanford.
110
409000
2000
זהו שיתוף פעולה שלנו עם סטאנפורד.
07:09
And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
111
411000
4000
הם פיתחו טכניקה חדשה הנקראת ייצור בשיקוע צורות.
07:13
It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
112
415000
4000
זוהי טכניקה בה הם יכולים לערבב חומרים, לעצב כל צורה
07:17
that they like, and put in the material properties.
113
419000
4000
כרצונם, ולקבוע את תכונות החומר.
07:21
They can embed sensors and actuators right in the form itself.
114
423000
3000
הם יכולים להכניס חיישנים ומפעילים לתוך הצורה עצמה.
07:24
For example, here's a leg: the clear part is stiff,
115
426000
5000
לדוגמא, זוהי רגל -- החלק השקוף נוקשה,
07:29
the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
116
431000
3000
החלק הלבן גמיש, ואין צורך להשתמש בצירים.
07:32
It just bends by itself beautifully.
117
434000
3000
היא פשוט מתכופפת בעצמה באופן יפהפה.
07:35
So, you can put those properties in. It inspired them to show off
118
437000
3000
אפשר להכניס לתוכה את התכונות.
07:38
this design by producing a little robot they named Sprawl.
119
440000
6000
היא היוותה מקור השראה לבניית רובוט קטן שכונה בשם ספרול.
07:44
Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
120
446000
4000
העבודה שלנו היוותה מקור השראה גם לרובוט מנתר שנבנה בהשראה ביולוגית,
07:48
from the University of Michigan and McGill
121
450000
2000
באוניברסיטת מישיגן ומקגיל.
07:50
named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
122
452000
8000
הוא נקרא רהקס -רובוט הקספוד. רובוט זה הוא אוטונומי בעל 6 רגליים.
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
נעבור לסרט בו אציג בפניכם חלק מהחיות האלה בתנועה,
08:01
and then some of the simple robots
124
463000
2000
ולאחר מכן את חלק מהרובוטים הפשוטים
08:03
that have been inspired by our discoveries.
125
465000
3000
שנבנו בהשראת התגליות שלנו.
08:06
Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
126
468000
4000
זה מה שחלקכם עשה הבוקר, למרות שאתם עשיתם זאת בחוץ
08:10
not on a treadmill.
127
472000
2000
ולא על הליכון.
08:12
Here's what we do.
128
474000
3000
זה מה שאנו עושים.
08:15
(Laughter)
129
477000
2000
(צחוק)
08:17
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
130
479000
5000
זהו תיקן גולגולת המת - תיקן אמריקאי שאתם חושבים שלא נמצא
08:22
you think you don't have in your kitchen.
131
484000
1000
במטבח שלכם.
08:23
This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
132
485000
7000
אלו הם עקרב בעל 8 רגליים, נמלה בת 6 רגליים ומרבה רגליים עם 44 רגליים.
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
133
492000
3000
החיות האלה נעות בדרך דומה למקלות הפוגו --
08:33
they're bouncing along as they move. And you can see that
134
495000
4000
הן מנתרות בזמן התנועה וניתן לראות זאת
08:37
in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
בסרטן החולות הזה מחופי פנמה וצפון קרוליינה.
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
בזמן שהוא רץ הוא מתקדם 4 מטרים בשניה.
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
למעשה, הוא מזנק לאוויר ויש לו שלבים אוויריים
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
בהם הוא מבצע זאת, כמו סוס. תראו אותו מנתר כאן.
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
גילינו שבין אם מתבוננים ברגל של אדם
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
כמו ריצ'ארד, או ברגל של מקק, או של סרטן, או של קנגרו,
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
נוקשות הרגל היחסית של הקפיץ זהה עבור כל מי שראינו עד כה.
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
מה התועלת ברגליים קפיציות? מה הן יכולות לבצע?
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
רצינו לבדוק אם הן מעניקות לחיות
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
יותר יציבות וכושר תמרון.
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
בנינו שטח עם מכשולים בגובה פי 3 מגובה הירך
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
של החיות שבדקנו,
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
והיינו בטוחים שהן לא יצליחו. זה מה שהן עשו.
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
החיה רצה מעליהם ואפילו לא האטה.
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
היא כלל לא הפחיתה את המהירות המועדפת עליה.
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
לא האמנו שהיא מסוגלת לעשות זאת. זה אמר לנו
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
שאם נוכל לבנות רובוט עם רגליים קפיציות פשוטות מאוד,
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
נוכל להקנות לו כושר תמרון בדומה לכל מה שנבנה בעבר.
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
זוהי הדוגמא הראשונה לכך, זהו הרובוט של סטאנפורד
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
שיוצר בשיקוע צורות, העונה לשם ספרול.
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
יש לו 6 רגליים - אלו הן רגליים קפיציות מתואמות.
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
צורת ההליכה שלו דומה לזאת של חרק.
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
כאן הוא הולך על הליכון. מה שחשוב ברובוט הזה,
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
בהשוואה לרובוטים אחרים, זה שהוא לא יכול לראות,
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
הוא לא יכול לחוש, אין לו מוח, ולמרות זאת הוא יכול לתמרן
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
בין המכשולים האלה ללא כל קושי.
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
זוהי הטכניקה של בניית התכונות אל תוך הצורה.
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
זהו סטודנט מחקר, וזה מה שהוא עושה עבור התיזה שלו.
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
חסון מאוד אם סטודנט מחקר
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
עושה זאת עבור התיזה שלו.
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
(צחוק)
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
זה ממקגיל ומאוניברסיטת מישיגן, זהו הרהקס,
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
באאוטינג הראשון שלו בהדגמה.
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
(צחוק)
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
אותו עקרון. יש לו רק 6 חלקים נעים.
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
6 מנועים, אבל יש לו רגליים קפיציות מתואמות. הוא נע כמו חרק.
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
הרגל האמצעית שלו נעה בסנכרון עם הרגל הקדמית
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
והרגל האחורית שבצד השני. כמו טריפוד מתחלף,
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
והן יכולות להתמודד עם מכשולים בדיוק כמו החיה.
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
(צחוק)
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
אלוהים אדירים!
11:08
(Applause)
176
650000
5000
(מחיאות כפיים)
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
הוא יכול ללכת על משטחים שונים, כאן זהו חול,
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
למרות שהרגל שלו עדיין לא מושלמת, אבל אדבר על כך בהמשך.
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
כאן רהקס נכנס אל היער.
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
(צחוק)
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
ושוב, הרובוט הזה לא רואה, ולא חש,
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
ואין לו מוח. הוא רק עובד עם מערכת מכנית מתואמת
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
עם חלקים מאוד פשוטים. אבל הוא נבנה בהשראת הדינמיקה הבסיסית של החיה.
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
אה, אני אוהב אותו, בוב. כאן הוא הולך בשביל.
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
הצגתי אותו למעבדת ההנעה הסילונית של נאס"א.
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
והם אמרו שאין להם יכולת להכנס למכתשים לחפש
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
קרח, ובסופו של דבר חיים, במאדים, בעיקר עם
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
הרובוטים הרגליים כי הם מורכבים מדי.
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
שום דבר לא יכול לבצע זאת. לאחר מכן אני דיברתי והראתי להם את הסרט הזה
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
עם הדגם הפשוט של רהקס. וכדי לשכנע אותם
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
שעלינו לנסוע למאדים ב-2011, צבעתי את הסרט בכתום
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
רק כדי לתת להם תחושה של להיות על מאדים.
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
(צחוק)
12:35
(Applause)
194
737000
6000
(מחיאות כפיים)
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
סיבה נוספת לכך שלחיות יש ביצועים יוצאי דופן
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
ושהן יכולות לנוע לכל מקום, היא התקשורת היעילה
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
שלהן עם הסביבה. החיה שאציג בפניכם
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
שחקרנו כדי לבדוק את הנושא היא השממית.
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
שימו לב לתנוחה של השממית הזאת. היא נתלית לה שם.
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
ועכשיו אציב בפניכם אתגר. אראה לכם סרט.
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
חיה אחת תרוץ במישור,
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
והשניה תרוץ במעלה קיר. עליכם לזהות אותן.
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
הן מתקדמות בקצב של מטר בשניה. כמה חושבים שזאת משמאל
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
רצה במעלה הקיר?
13:19
(Applause)
205
781000
4000
(מחיאות כפיים)
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
הנקודה היא שקשה מאוד להבחין. לא? זה לא יאומן.
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
גם סטודנטים לא יכלו להבדיל.
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
הן יכולות לרוץ במעלה קיר במהירות של מטר בשניה, 15 צעדים בשניה,
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
ונראה כאילו הן רצות במישור. איך הן עושות זאת?
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
זה בלתי נתפש. זאת שמימין רצה למעלה.
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
הן עושות זאת באמצעות בהונות מוזרים - יש להן בהונות
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
שנפרשים כמו צפצפות נחש במסיבה כשנושפים בהן,
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
ואז הם מתקלפים מהמשטח כמו נייר דבק.
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
באותה צורה בה היינו מקלפים נייר דבק.
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
הן מבצעות זאת בעזרת הבהונות שלהן. זה מוזר. הקילוף הזה היווה מקור השראה
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
לחברת איי-רובוט שבונה איתנו שממיות-מכניות.
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
יש גירסה עם רגליים וגירסת טרקטור, או גירסת בולדוזר.
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
נתבונן בשממיות נעות בסרט הבא.
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
לאחר מכן אציג בפניכם קליפ קצר של הרובוטים.
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
השממית הזאת רצה במשטח אנכי.
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
הנה היא בזמן אמת, הנה היא שוב. אין ספק שצריך לעבור להילוך איטי.
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
לא ניתן להשתמש במצלמות רגילות.
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
צריך לצלם 1,000 תמונות לשניה כדי לראות זאת.
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
זהו סרט ב-1,000 מסגרות לשניה.
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
תביטו על הגב של החיה.
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
אתם רואים איך הוא מתכופף? לא הצלחנו למצוא את הסיבה לכך.
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
זוהי תעלומה לא מפוענחת. אנחנו לא יודעים איך זה עובד.
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
אם יש לכם בן או בת שרוצים לבוא לברקלי,
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
בואו למעבדה שלי ונפענח זאת. אוקי, תשלחו אותם לברקלי
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
כי זהו הדבר הבא שברצוני לעשות. זהו ההליכון של השממית.
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
(צחוק)
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
זהו הליכון שניתן לראות דרכו, עם חגורה שניתן לראות דרכה,
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
כך אנו יכולים להתבונן ברגליים של החיות, ולצלם אותן
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
דרך החגורה של ההליכון, ולראות איך הן נעות.
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
זוהי החיה כשהיא רצה על משטח אנכי.
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
בחרו רגל ונסו להתבונן בבוהן ולראות מה החיה עושה.
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
היא פורשת ואז מקלפת את הבהונות.
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
היא יכולה לעשות זאת תוך 14 מילי-שניות. זה לא יאומן.
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
אלו הרובוטים שנבנו בהשראתן, השממיות-המכניות של איי-רובוט.
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
תחילה נראה את הבהונות של החיה מתקלפים -- שימו לב.
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
זוהי פעולת הקילוף של השממית-המכנית.
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
היא משתמשת בדבק הרגיש ללחץ כדי לבצע זאת.
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
קילוף בחיה, קילוף בשממית-המכנית,
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
שמאפשר להן לטפס באופן אוטונומי. הן יכולות ללכת
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
על משטח שטוח, לעבור לקיר, ואז להמשיך לתקרה.
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
246
930000
6000
זאת גירסת הבולדוזר. החיה לא משתמשת בדבק רגיש ללחץ.
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
היא לא משתמשת בכך.
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
אבל אלו הן המגבלות שלנו כרגע.
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
מה החיה עושה? יש לה בהונות מוזרים,
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
ואם תבחנו את הבהונות תראו שיש עליהם עלים קטנים,
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
אם נבצע זום ונגדיל אותם נוכל לראות
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
בעלים האלה חריצים קטנים.
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
253
954000
7000
בזום של פי 270 זה נראה כמו שטיח.
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
ואם נמשיך להגדיל ונעבור לזום פי 900,
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
נראה שערות, שערות קטנטנות, שגם בהן ניתן להבחין בחריצים.
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
256
969000
6000
ואם נעבור לזום של פי 30,000,
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
נראה שלכל שערה יש קצוות מפוצלים.
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
ואם נגדיל אותם נראה שיש להם מבנים קטנים בקצה.
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
259
983000
2000
הענף הקטן ביותר של השערות נראה כמו מרית.
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
לחיה זו יש מיליארד קצוות מפוצלים בגודל נאנו
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
כדי להתקרב מאוד אל המשטח. למעשה, זהו הקוטר של השיער שלכם,
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
לשממית יש 2 מיליון כאלה, ולכל שערה יש בין 100 ל-1,000 קצוות מפוצלים.
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
חישבו על המגע שדבר זה מאפשר.
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
התמזל מזלנו לעבוד עם קבוצה נוספת
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
בסטאנפורד שבנתה עבורנו חיישן מיוחד
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
שאיפשר לנו למדוד את הכוח של כל שערה בודדת.
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
267
1013000
5000
זוהי שערה בודדת עם קצה מפוצל קטן.
17:16
When we measured the forces, they were enormous.
268
1018000
2000
כשמדדנו את הכוחות - הם היו עצומים,
17:18
They were so large that a patch of hairs about this size --
269
1020000
3000
הם היו כל כך גדולים שקבוצת שערות בערך בגודל הזה
17:21
the gecko's foot could support the weight of a small child,
270
1023000
4000
של רגל שממית יכלה לתמוך במשקל של ילד קטן,
17:25
about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
271
1027000
4000
כ-20 קילו, בקלות. איך הן עושות זאת?
17:29
We've recently discovered this. Do they do it by friction?
272
1031000
4000
לאחרונה גילינו את התשובה. באמצעות חיכוך?
17:33
No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
273
1035000
3000
לא, הכוחות חלשים מדי. באמצעות אלקטרוסטטיקה?
17:36
No, you can change the charge -- they still hold on.
274
1038000
2000
לא, בהחלפת המטען החשמלי הן עדיין מחזיקות מעמד.
17:38
Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
275
1040000
3000
באמצעות שולבים בדומה לסקוטש?
17:41
No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
276
1043000
3000
לא, אפשר להניח אותן על משטחים חלקים מבחינה מולקולרית.
17:44
How about suction? They stick on in a vacuum.
277
1046000
4000
מה עם יניקה? הן נדבקות גם בוואקום.
17:48
How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
278
1050000
3000
מה עם הידבקות רטובה? או הידבקות נימית?
17:51
They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
279
1053000
3000
אין להן דבק והן נצמדות גם במים.
17:54
If you put their foot under water, they grab on.
280
1056000
2000
אם מכניסים את הרגליים שלהן למים - הן ממשיכות להאחז.
17:56
How do they do it then? Believe it or not, they grab on
281
1058000
4000
אז איך הן עושות זאת? תאמינו או לא, הן נאחזות
18:00
by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
282
1062000
4000
באמצעות כוחות בין-מולקולאריים - כוחות ון דר ואלס.
18:04
You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
283
1066000
2000
ודאי נתקלתם בהם בשיעורי הכימיה.
18:06
where you had these two atoms, they're close together,
284
1068000
2000
אם שני אטומים קרובים זה לזה
18:08
and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
285
1070000
3000
האלקטרונים נעים סביבם. הכוח הזעיר הזה מספיק
18:11
to allow them to do that because it's added up so many times
286
1073000
3000
כדי לאפשר להן לבצע זאת מכיוון שהוא מצטבר
18:14
with these small structures.
287
1076000
3000
בכל המבנים הקטנים האלה.
18:17
What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
288
1079000
5000
שאבנו השראה מהשערות,
18:22
and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
289
1084000
5000
ובעזרת עמית נוסף מברקלי, אנחנו מייצרים אותן.
18:27
And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
290
1089000
3000
רק לאחרונה היתה לנו פריצת דרך ועכשיו אנחנו מאמינים
18:30
we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
291
1092000
5000
שנוכל לייצר את הדבק הסינטטי, המתנקה עצמית, היבש הראשון.
18:35
dry adhesive. Many companies are interested in this.
292
1097000
5000
חברות רבות מגלות בכך עניין.
18:40
(Laughter)
293
1102000
3000
(צחוק)
18:43
We also presented to Nike even.
294
1105000
2000
עשינו מצגת גם לנייק.
18:45
(Laughter)
295
1107000
3000
(צחוק)
18:48
(Applause)
296
1110000
6000
[דבקות במטרה] (מחיאות כפיים)
18:54
We'll see where this goes. We were so excited about this
297
1116000
3000
נראה לאן זה יוביל. היינו מאוד נרגשים
18:57
that we realized that that small-size scale --
298
1119000
3000
כשהבנו שבקנה המידה הקטן הזה,
19:00
and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
299
1122000
3000
כאשר הכל נעשה דביק, כבר אין חשיבות לכוח המשיכה,
19:03
we needed to look at ants and their feet, because
300
1125000
3000
רצינו לבחון את הרגליים של הנמלים,
19:06
one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
301
1128000
5000
מכיוון שאחד מחברי בברקלי בנה רובוט סיליקון בגודל 6-מילימטרים
19:11
robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
302
1133000
3000
עם רגליים. אבל הוא נתקע. הוא לא נע בצורה כל כך טובה.
19:14
But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
303
1136000
3000
אבל הנמלים כן. אנחנו נפענח את הסיבה לכך, ובסופו של דבר
19:17
we'll make this move. And imagine: you're going to be able
304
1139000
3000
נבצע את המהלך הזה. דמיינו לעצמכם שתוכלו
19:20
to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
305
1142000
5000
להשיג נחילי רובוטים בגודל 6 מילימטרים שיתרוצצו מסביב.
19:25
Where's this going? I think you can see it already.
306
1147000
3000
לאן זה מוביל? אני חושב שאתם כבר יכולים לראות זאת.
19:28
Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
307
1150000
4000
לאינטרנט כבר יש עיניים ואוזניים,
19:32
you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
308
1154000
4000
יש מצלמות רשת וכו'. אבל בעתיד יהיו לו גם רגליים וידיים.
19:36
You're going to be able to do programmable
309
1158000
2000
תוכלו לבצע עבודה
19:38
work through these kinds of robots, so that you can run,
310
1160000
4000
הניתנת לתכנות באמצעות רובוטים מהסוג הזה, כך שתוכלו לרוץ,
19:42
fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
311
1164000
9000
לעוף ולשחות לכל מקום. ראינו את דייויד קלי בתחילת הדרך עם הדג שלו.
19:51
So, in conclusion, I think the message is clear.
312
1173000
2000
ולסיכום, אני חושב שהמסר ברור.
19:53
If you need a message, if nature's not enough, if you care about
313
1175000
4000
אם אתם זקוקים למסר, אם הטבע אינו מספיק, אם אתם מוטרדים לגבי
19:57
search and rescue, or mine clearance, or medicine,
314
1179000
2000
חילוץ והצלה, פינוי מוקשים, רפואה,
19:59
or the various things we're working on, we must preserve
315
1181000
4000
או הדברים השונים שאנו עוסקים בהם, עלינו לשמר
20:03
nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
316
1185000
4000
את העיצובים של הטבע, אחרת הסודות האלה יעלמו לעולמי עולמים.
20:07
Thank you.
317
1189000
1000
תודה רבה.
20:08
(Applause)
318
1190000
9000
(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