TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
Robert Full: Ingegneria ed Evoluzione
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Insetti e animali hanno sviluppato alcune abilità straordinarie -- ma in effetti, come fa notare Robert Full, molti animali sono super-ingegnerizzati. Il trucco è copiare solo quello che è necessario. Ecco come gli ingegneri umani possono imparare dai segreti degli animali.
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
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00:19
Welcome. If I could have the first slide, please?
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1000
5000
Benvenuti. Potrei avere la prima slide, per favore?
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Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
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15000
5000
Al contrario dei calcoli fatti dagli ingegneri, le api possono volare,
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dolphins can swim, and geckos can even climb
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20000
7000
i delfini possono nuotare, e i gechi possono addirittura scalare
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up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
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27000
6000
le superfici più liscie. Ora, quello che voglio fare con il poco tempo che ho a disposizione,
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is to try to allow each of you to experience
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è provare a permettere a ognuno di voi di provare,
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the thrill of revealing nature's design.
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37000
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più o meno, il brivido di scoprire i progetti della natura.
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I get to do this all the time, and it's just incredible.
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2000
Io lo faccio ogni volta, ed è semplicemente incredibile.
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I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
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45000
6000
Voglio provare a condividere con voi questa sensazione durante la presentazione.
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The challenge of looking at nature's designs --
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51000
2000
La sfida è guardare ai progetti della natura
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and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
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53000
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e io vi dirò come noi li percepiamo, e come li usiamo.
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The challenge, of course, is to answer this question:
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2000
Chiaramente la sfida è di rispondere a questa domanda:
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what permits this extraordinary performance of animals
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59000
3000
Cosa permette agli animali di mostrare delle prestazioni così straordinarie,
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that allows them basically to go anywhere?
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62000
3000
in grado di renderli capaci di fare qualsiasi cosa?
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And if we could figure that out, how can we implement those designs?
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65000
7000
E se riuscissimo a capirlo, come potremmo implementare queste idee?
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Well, many biologists will tell engineers, and others,
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72000
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Dunque, molti biologi diranno agli ingegneri
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organisms have millions of years to get it right;
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75000
3000
che gli organismi hanno avuto milioni di anni per fare le cose ammodo,
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they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
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78000
3000
che sono spettacolari, che possono fare qualsiasi cosa in modo magnifico.
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So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
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81000
4000
Quindi la risposta sarebbe la bio mimetica -- cioè copiare direttamente la natura
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We know from working on animals that the truth is
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85000
5000
Lavorando a contatto con gli animali sappiamo che la verità
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that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
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90000
4000
è che questo è esattamente ciò che non si deve fare. Il motivo è che l'evoluzione funziona
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on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
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3000
sulla base del principio del "basta che funzioni", non secondo quello della perfezione.
01:55
And the constraints in building any organism, when you look at it,
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97000
4000
Le difficoltà nel costruire un qualsiasi organismo
01:59
are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
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101000
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sono molto forti. La tecnologia che la natura produce ha dei vincoli incredibili.
02:04
Think about it. If you were an engineer and I told you
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106000
3000
Pensateci. Se foste degli ingegnere e io vi dicessi
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that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
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109000
5000
che dovete costruire un'automobile, ma cominciando da queste dimensioni,
02:12
then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
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114000
4000
che deve poter crescere per raggiungere le sue piene dimensioni e che deve funzionare sempre.
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Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it --
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118000
4000
Pensate al fatto che se riuscirete a costruire un'automobile, io vi chiederò di metterci dentro
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have to put a factory that allows you to make another automobile.
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4000
una fabbrica in grado di produrre un'altra automobile.
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(Laughter)
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126000
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(Risate)
02:26
And you can absolutely never, absolutely never, because of history
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128000
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E voi non potrete mai, assolutamente mai, a causa della storia
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and the inherited plan, start with a clean slate.
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132000
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e dei piani ereditati, cominciare da zero.
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So, organisms have this important history.
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136000
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Gli esseri viventi condividono questa storia importante.
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Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
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139000
5000
L'evoluzione funziona per davvero più come un aggiustatutto che come un ingegnere.
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And this is really important when you begin to look at animals.
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144000
3000
E questo è molto importante quando si comincia ad osservare gli animali.
02:45
Instead, we believe you need to be inspired by biology.
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147000
7000
Al contrario, noi pensiamo che ci sia bisogno di essere ispirati dalla biologia.
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You need to discover the general principles of nature,
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154000
4000
C'è bisogno di scoprire i principi generali usati dalla natura
02:56
and then use these analogies when they're advantageous.
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158000
3000
e usarli come riferimento quando questo è vantaggioso.
03:02
This is a real challenge to do this, because animals,
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164000
3000
Questa è una grande sfida poiché gli animali,
03:05
when you start to really look inside them -- how they work --
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167000
3000
quando si comincia ad osservarli attentamente, a vedere come funzionano,
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appear hopelessly complex. There's no detailed history
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170000
4000
risultano essere di una complessità impressionante. Non è possibile trovare
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of the design plans, you can't go look it up anywhere.
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174000
3000
da nessuna parte progetti che ne descrivano il funzionamento.
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They have way too many motions for their joints, too many muscles.
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4000
I loro giunti sono in grado di compiere troppi movimenti, hanno troppi muscoli,
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Even the simplest animal we think of, something like an insect,
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181000
3000
anche il più semplice degli animali a cui si possa pensare, qualcosa come ad esempio un insetto,
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and they have more neurons and connections than you can imagine.
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184000
3000
ha più neuroni e connessioni di quante si possa immaginare.
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How can you make sense of this? Well, we believed --
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187000
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Come capire qualcosa da tutto questo? Bene, noi crediamo
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and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
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192000
5000
- e abbiamo ipotizzato - che gli animali funzionino,
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is if the control of their movements
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3000
come se il controllo dei loro movimenti avvenisse
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tended to be built into their bodies themselves.
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200000
6000
direttamente a livello del loro corpo.
03:44
What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
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7000
Abbiamo scoperto che animali a due, quattro, sei e otto zampe
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all produce the same forces on the ground when they move.
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213000
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producono tutti le stesse forze a contatto col suolo quando si muovono.
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They all work like this kangaroo, they bounce.
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Funzionano tutti come questo canguro, saltano
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And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
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220000
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e possono essere modellati da un sistema fatto da una molla e un peso, che noi chiamiamo sistema molla-massa
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because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
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224000
3000
poiché siamo biomeccanici, anche se in effetti non è altro che un trampolo a molla.
04:05
They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
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227000
4000
Si muovono tutti come un trampolo a molla. Com'è possibile?
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Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
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231000
6000
Una gamba umana funziona come due zampe di un cane,
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
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237000
4000
o come tre zampe di un insetto messe insieme,
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
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241000
2000
o quattro zampe di un granchio.
04:21
And then they alternate in their propulsion,
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243000
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Tutte si alternano nella spinta,
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but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
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ma il movimento che fanno è lo stesso. Funziona così per tutti gli organismi che abbiamo studiato.
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-- you'll see next week, I'll give you a hint,
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252000
2000
Come vedrete la prossima settimana - giusto per darvi un indizio -
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there'll be an article coming out that says that really big things
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ci sarà un articolo che spiegherà come esseri davvero grossi
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like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
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257000
4000
come un T. Rex, probabilmente non potevano farlo, ma lo vedrete la prossima settimana.
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Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
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261000
2000
Ora, ciò che è interessante è come questi animali saltino
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the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
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263000
3000
sul piano verticale in questo modo, e in una collaborazione con Pixar
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in "A Bug's Life," we discussed the
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266000
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per "A Bug's Life", abbiamo discusso
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bipedal nature of the characters of the ants.
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268000
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la natura bipede dei personaggi formiche.
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And we told them, of course, they move in another plane as well.
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271000
2000
Noi li informammo che loro muovono anche in un altro piano, chiaramente,
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And they asked us this question. They say, "Why model
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273000
3000
e loro ci chiesero: "Perché fare un modello che
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just in the sagittal plane or the vertical plane,
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276000
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descrive movimenti solo sul piano sagittale o verticale
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when you're telling us these animals are moving
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278000
2000
quando ci stai dicendo che questi animali si muovono
04:58
in the horizontal plane?" This is a good question.
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280000
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sul piano orizzontale?" Beh, ottima domanda.
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Nobody in biology ever modeled it this way.
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Nessun biologo l'ha mai modellato in questo modo.
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We took their advice and we modeled the animals moving
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4000
Seguendo il loro consiglio abbiamo modellizzato il movimento degli animali
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in the horizontal plane as well. We took their three legs,
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3000
anche sul piano orizzontale. Abbiamo preso le loro tre zampe,
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we collapsed them down as one.
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293000
1000
le abbiamo unite in una sola.
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We got some of the best mathematicians in the world
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294000
3000
Abbiamo chiamato da Princeton uno dei migliori matematici al mondo
05:15
from Princeton to work on this problem.
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297000
2000
per lavorare su questo problema.
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And we were able to create a model
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299000
3000
E siamo stati capaci di creare un modello
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where animals are not only bouncing up and down,
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302000
1000
dove gli animali non saltano solo su e giù,
05:21
but they're also bouncing side to side at the same time.
79
303000
4000
ma saltano anche avanti e indietro allo stesso tempo.
05:25
And many organisms fit this kind of pattern.
80
307000
2000
Molto esseri viventi seguono questo genere di movimenti.
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Now, why is this important to have this model?
81
309000
2000
Ora, perché è importante avere questo modello?
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Because it's very interesting. When you take this model
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311000
3000
Perché è veramente interessante. Se si prende questo modello
05:32
and you perturb it, you give it a push,
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314000
3000
e si perturba, si da una spinta,
05:35
as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
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317000
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non appena incorre in qualcosa, si stabilizza da solo, senza usare il cervello,
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or no reflexes, just by the structure alone.
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321000
4000
senza usare riflessi, semplicemente usando la sua struttura.
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It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
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325000
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E' un modello bellissimo. Diamo un'occhiata alla matematica che ci sta dietro.
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(Laughter)
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330000
2000
(Risate)
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That's enough!
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Ok, è abbastanza!
05:51
(Laughter)
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333000
4000
(Risate)
05:55
The animals, when you look at them running,
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337000
2000
Quando uno osserva gli animali correre
05:57
appear to be self-stabilizing like this,
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339000
3000
sembra che questi si stabilizzino da soli in questo modo,
06:00
using basically springy legs. That is, the legs can do
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342000
3000
usando principalmente zampe a molla. Proprio così, le zampe sono in grado
06:03
computations on their own; the control algorithms, in a sense,
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345000
3000
di fare calcoli da sole. E' come se gli algoritmi di controllo fossero
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are embedded in the form of the animal itself.
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348000
3000
integrati nella forma stessa dell'animale.
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
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351000
7000
Perché l'uomo non si è mai ispirato alla natura e a questo tipo di scoperte?
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Well, I would argue that human technologies are really different from
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358000
4000
Ebbene, io risponderei che la tecnologia umana è veramente differente
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natural technologies, at least they have been so far.
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362000
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dalla tecnologia della natura, o per lo meno lo è stata fino ad ora.
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Think about the typical kind of robot that you see.
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365000
5000
Pensate al primo robot che vi viene in mente.
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Human technologies have tended to be large, flat,
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370000
3000
La tecnologia umana tende ad essere grande, piatta,
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with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
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373000
5000
spigolosa, rigida, fatta di metallo. Si hanno dispositivi che ruotano
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and axles. There are very few motors, very few sensors.
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378000
3000
e assi. Ci sono pochissimi motori e sensori.
06:39
Whereas nature tends to be small, and curved,
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381000
5000
Al contrario la natura tende ad essere piccola, ricurva,
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
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386000
3000
si piega e si torce, ha zampe al posto di appendici,
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and has many muscles and many, many sensors.
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389000
3000
ha molti muscoli e moltissimi sensori.
06:50
So it's a very different design. However, what's changing,
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392000
4000
Perciò il design è molto differente. Ad ogni modo, ciò che sta cambiando,
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what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
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396000
2000
ciò che è più entusiasmante - ve ne mostrerò alcuni esempi a breve -
06:56
is that as human technology takes on more of the characteristics
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398000
3000
è che non appena la tecnologia umana prende le caratteristiche
06:59
of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
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401000
6000
della natura, la natura diventa un'insegnante ancora più utile.
07:05
And here's one example that's really exciting.
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407000
2000
E qui c'è un esempio che è davvero spettacolare.
07:07
This is a collaboration we have with Stanford.
110
409000
2000
Questa è una collaborazione che abbiamo con Stanford.
07:09
And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
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411000
4000
Loro hanno sviluppato una nuova tecnica chiamata Fabbricazione a Deposizione di Forma
07:13
It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
112
415000
4000
che è una tecnica dove si possono unire più materiali insieme e formare qualsiasi forma
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that they like, and put in the material properties.
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419000
4000
si voglia, trasferendoci le proprietà dei materiali utilizzati.
07:21
They can embed sensors and actuators right in the form itself.
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423000
3000
All'interno della forma si possono integrare anche sensori ed attuatori.
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For example, here's a leg: the clear part is stiff,
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426000
5000
Ad esempio, qui c'è una zampa - la parte trasparente è rigida,
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the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
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431000
3000
la parte bianca è morbida, e non serve nessun asse o altro.
07:32
It just bends by itself beautifully.
117
434000
3000
Semplicemente si piega da sola. Bellissimo.
07:35
So, you can put those properties in. It inspired them to show off
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437000
3000
Perciò, si possono mettere queste proprietà. Questa li ha ispirati nel
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this design by producing a little robot they named Sprawl.
119
440000
6000
realizzare un piccolo robot che hanno chiamato Sprawl.
07:44
Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
120
446000
4000
Il nostro lavoro ha ispirato anche un altro robot, un robot bioispirato che salta,
07:48
from the University of Michigan and McGill
121
450000
2000
che viene dall'università del Michigan e McGill
07:50
named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
122
452000
8000
di nome RHex, un robot esapode, e questo è autonomo.
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
Andiamo ora al video, vi mostrerò come alcuni di questi animali si muovono,
08:01
and then some of the simple robots
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463000
2000
e quindi alcuni semplici robot
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that have been inspired by our discoveries.
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465000
3000
che sono stati ispirati dalle nostre scoperte.
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Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
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468000
4000
Questo è un po' di quello che avete fatto stamani, anche se l'avete fatto all'aperto
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not on a treadmill.
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472000
2000
non su un tapis roulant.
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Here's what we do.
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474000
3000
Questo è quello che facciamo.
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(Laughter)
129
477000
2000
(Risate)
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This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
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479000
5000
Questa è una specie di blatta - questa è una blatta Americana
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you think you don't have in your kitchen.
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484000
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che pensate di non avere in cucina.
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This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
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485000
7000
Questo è uno scorpione con otto zampe, una formica con sei e un centipiede con quarantaquattro zampe.
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
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492000
3000
Se ricordate, vi ho detto che tutti questi animali funzionano un po' come un trampolo a molla.
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they're bouncing along as they move. And you can see that
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495000
4000
Saltano quando si muovono, e lo potete vedere
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in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
in questo granchio delle spiagge di Panama e della Carolina del Nord.
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
Arriva fino a quattro metri al secondo quando corre.
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
In effetti si stacca verso l'alto e ha una fase aerea
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
quando fa così, come un cavallo - qui potete vedere che salta.
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
Quello che abbiamo scoperto è che, sia che si guardi alle gambe di un uomo
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
come Richard, o alle zampe di una blatta, o di un granchio, o di un canguro,
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
la rigidità relativa di quella molla è la stessa per tutto ciò che abbiamo visto fino a ora.
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
Ora, a cosa sono buone delle zampe a molla, cosa possono fare?
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
Bene, noi volevamo studiare se queste permettessero agli animali
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
di avere una maggiore stabilità e manovrabilità.
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
Per questo abbiamo costruito un terreno pieno di ostacoli alti tre volte l'altezza dell'anca
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
degli animali che stavamo studiando,
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
sicuri che non ce l'avrebbero fatta. Questo è quello che sono riusciti a fare.
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
L'animale ci ha corso sopra, senza rallentare neanche un po'.
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
Non ha per niente diminuito la sua velocità.
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
Non potevamo credere che ci potesse riuscire. Ci ha rivelato
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
che se fossimo in grado di costruire un robot con zampe a molla veramente semplici,
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
saremmo in grado di creare qualcosa di più manovrabile di qualsiasi altra cosa che sia mai stata costruita.
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
Ecco il primo esempio di questo, si tratta di un robot fatto da Stanford
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
tramite la Fabbricazione a Deposizione di Forma, chiamato Sprawl.
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
Ha sei zampe - là ci sono le zampe a molla.
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
Si muove con un passo che userebbe un insetto ed eccolo
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
che si muove su un tapis roulant. Ora, quello che è importante di questo robot,
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
rispetto ad altri robot, è che non può vedere niente,
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
non può provare niente, non ha un cervello, ma lo stesso si può muovere
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
oltre questi ostacoli senza la minima difficoltà.
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
Tutto ciò grazie al fatto che abbiamo trasferito le proprietà all'interno della forma.
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
Questo è uno studente magistrale, si tratta di parte del suo lavoro di tesi,
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
fa un certo effetto quando uno studente
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
fa qualcosa del genere sul proprio progetto di tesi.
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
(Risate)
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
Questo invece viene dalla McGill e dall'Università del Michigan, si tratta di RHex,
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
alla sua prima dimostrazione all'aperto.
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
(Risate)
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
Stesso principio. Si tratta solo di sei parti mobili.
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
Sei motori, ma ha molle, zampe adatte. Si muove con il passo di un insetto
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
le zampe di mezzo si muovono in sincronia con quelle davanti
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
e quelle dietro dall'altra parte. Una sorta di tripode alternato,
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
che può superare ostacoli proprio come un animale.
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
(Risate)
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
O mio Dio.
11:08
(Applause)
176
650000
5000
(Applausi)
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
Può andare su diversi tipi di superfici - ecco terreno sabbioso
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
non abbiamo ancora perfezionato le zampe, ma di questo ne parlerò dopo.
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
Ora RHex entra nel bosco.
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
(Risate)
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
Come dicevo, questo robot non può vedere nulla, non può provare nulla,
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
non ha cervello. Funziona solo tramite un sistema meccanico calibrato
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
con componenti veramente semplici, ma ispirati dalla dinamica alla base dell'animale.
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
Ah, lo amo Bob. Ecco che scende una strada.
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
Ho presentato questo video al Jet Propulsion Lab della NASA - hanno detto
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
di non avere la capacità di scendere un cratere per cercare del ghiaccio e,
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
in ultima istanza, la vita su Marte. Questo
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
in particolare con robot con zampe a causa della loro intrinseca complicatezza.
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
Nessuno poteva farlo - Allora ho parlato io. Gli ho mostrato questo video
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
con il semplice design di RHex qui, e solo per convincerli che
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
siamo in grado di andare su Marte nel 2011, ho tinto il video di arancione
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
giusto per dargli l'impressione di essere su Marte.
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
(Risate)
12:35
(Applause)
194
737000
6000
(Applausi)
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
Un'altra ragione per cui gli animali sono in grado di prestazioni straordinarie
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
e possono andare ovunque, è che interagiscono efficacemente
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
con l'ambiente. L'animale che sto per mostrarvi,
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
che abbiamo studiato è il geco.
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
Eccone qua uno, notate la sua posizione: è fermo.
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
Vi sfido. Vi mostrerò un video
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
uno degli animali corre su un piano
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
l'altro corre su per un muro. Quale è quale?
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
Stanno andando ad un metro al secondo. Quanti di voi pensano che sia quello sulla sinistra
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
che corre su per il muro?
13:19
(Applause)
205
781000
4000
(Applausi)
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
Ok. Il punto è che è molto difficile a dirsi, non è vero? E' incredibile.
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
Abbiamo chiesto a degli studenti e non sono stati in grado di rispondere.
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
Possono correre su un muro ad un metro al secondo, quindici passi al secondo
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
e sembra che stiano correndo su un piano. Com'è possibile?
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
E' fenomenale. Quello sulla destra è quello che stava scalando.
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
Come fanno? Hanno delle dita bizzarre - hanno delle dita
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
che si aprono completamente come le trombette quando ci soffiamo dentro,
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
e si attaccano alla superficie come un nastro adesivo.
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
Come se avessimo un pezzo di nastro adesivo e lo attaccassimo in questo modo.
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
Loro lo fanno con le loro dita. E' bizzarro. Questo modo di attaccarsi ha ispirato
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
iRobot, un'azienda che lavora con noi, nella costruzione di Mecho-Geckos.
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
C'è una versione con zampe e una a carro armato, e una a bulldozer.
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
Vediamo in qualche video come si muovono alcuni di questi gechi,
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
in seguito vi mostrerò come si agganciano.
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
Ecco il geco che corre su una superficie verticale, ecco che va,
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
in tempo reale, ecco che va ancora. Ovviamente dobbiamo rallentare un po'.
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
Non si possono usare telecamere normali.
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
Si devono catturare mille immagini al secondo per vederlo.
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
Ed ecco il video a mille immagini al secondo.
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
Ora voglio che guardiate la colonna vertebrale dell'animale.
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
Vedete come si curva? Non riusciamo a capire come faccia -
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
è un mistero irrisolto. Non sappiamo come funzioni.
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
Se avete un figlio o una figlia che vuole venire a Berkeley,
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
mandatela nel mio laboratorio e lo scopriremo. Davvero, mandateli alla Berkeley
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
perché questo è quello che farei io. Ecco un tapis roulant per gechi.
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
(Risate)
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
E' un complesso di telecamera e tapis roulant,
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
così possiamo vedere i piedi dell'animale e registrarli
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
attraverso il nastro, per vedere come si muovono.
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
Ecco l'animale che corre su una superficie verticale.
15:08
Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing.
236
890000
6000
Scegliete una zampa e provate a osservarne le dita, tentate di capire cosa sta facendo l'animale.
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
Vedete come allarga ed aggancia le dita.
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
Ci mette 14 millisecondi. E' incredibile.
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
Ora arriviamo ai robot che sono stati ispirati, il Mecho-Gecko della iRobot.
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
Possiamo vedere le dita dell'animale attaccarsi - guardate!
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
Ed ecco l'azione adesiva del Mecho-Gecko
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
usa un adesivo sensibile alla pressione per farlo.
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
Ecco l'azione adesiva dell'animale, ecco quella del Mecho-Gecko,
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
che permette loro di scalare in modo autonomo, andare su una superficie piatta,
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
passare su un muro e quindi finire su un tetto.
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
246
930000
6000
C'è anche la versione bulldozer. Dunque, l'animale non usa colla
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
sensibile alla pressione.
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
Ma questo è ciò a cui siamo limitati al momento.
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
Come fa l'animale? Ha delle strane dita
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
e se si guarda a queste dita si vede che ci sono delle piccole foglie,
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
e se si ingrandiscono si può vedere
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
che ci sono delle piccole striature in queste foglie,
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
253
954000
7000
e se si ingrandisce 270 volte, si può vedere una sorta di tappeto.
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
E se si ingrandisce fino a 900 volte,
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
si può vedere che ci sono peli, piccoli peli, e se si guarda più attentamente
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
256
969000
6000
si nota che questi peli hanno striature. E se si ingrandisce una di quelle 30.000 volte,
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
vedrete che ogni pelo finisce con molte estremità.
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
E se si ingrandiscono si vedono delle piccole strutture.
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
259
983000
2000
L'estremità più piccola dei peli sembra come un mestolo
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
e un animale come questo ha 1 miliardo di queste estremità di dimensioni nanometriche
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
per aderire il più possibile alla superficie. Infatti, se questo è il diametro di un capello,
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
un geco ha 2 milioni di questi e ogni pelo ha da 100 a 1000 estremità.
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
Pensate al contatto che riescono a creare.
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
Siamo stati fortunati a lavorare con un altro gruppo
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
a Stanford che ci ha costruito uno speciale tipo di sensore
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
con cui siamo stati in grado di misurare la foza di un singolo pelo.
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
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Ecco un singolo pelo con qualche estremità,
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When we measured the forces, they were enormous.
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quando abbiamo misurato le forze, queste erano enormi,
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They were so large that a patch of hairs about this size --
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così grandi che con un gruppo di peli di circa queste dimensioni,
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the gecko's foot could support the weight of a small child,
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la zampa di un geco potrebbe sorreggere il peso di un bambino piccolo -
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about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
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circa 18 Kg con facilità. Come riescono a farlo?
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We've recently discovered this. Do they do it by friction?
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Lo abbiamo scoperto recentemente. Sfruttano l'attrito?
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No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
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No, la forza è troppo poca. Sfruttano le cariche elettrostatiche?
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No, you can change the charge -- they still hold on.
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No, si può cambiare la carica e loro rimangono attaccati.
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Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
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Sfruttano la rugosità dei materiali? Intendo come una sorta di velcro.
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No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
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3000
No, si possono mettere sulle delle superfici liscie a livello molecolare - non lo fanno.
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How about suction? They stick on in a vacuum.
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Cosa dire invece della suzione? Aderiscono nel vuoto.
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How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
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Cosa dire invece dell'adesione umida? O adesione capillare?
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They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
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Non hanno nessun adesivo e possono rimanere attaccati tranquillamente anche sott'acqua.
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If you put their foot under water, they grab on.
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Se si mette la loro zampa sott'acqua la presa non cede.
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How do they do it then? Believe it or not, they grab on
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Come fanno, quindi? Che ci crediate o no, rimangono attaccati
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by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
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grazie a forze intermolecolari chiamate forze di van der Waals.
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You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
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Probabilmente le avrete studiate tempo fa in un corso di chimica.
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where you had these two atoms, they're close together,
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Ci sono due atomi, vicini,
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and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
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e gli elettroni si muovono attorno. Quella piccola forza è sufficiente
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to allow them to do that because it's added up so many times
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a fargli fare quello che fanno perché è sommata così tante volte
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with these small structures.
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tramite quelle piccole strutture.
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What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
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Quello che stiamo facendo è trarre ispirazione da quei peli,
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and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
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5000
e con un altro collega a Berkeley, le stiamo costruendo.
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And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
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Solo recentemente abbiamo comunicato che crediamo
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we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
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che saremo capaci di creare il primo adesivo secco, sintetico, e autopulente.
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dry adhesive. Many companies are interested in this.
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Molte compagnie ne sono interessate.
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(Laughter)
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(Risate)
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We also presented to Nike even.
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Lo abbiamo presentato anche alla Nike.
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(Laughter)
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(Risate)
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(Applause)
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6000
(Applausi)
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We'll see where this goes. We were so excited about this
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Vedremo come andrà a finire. Eravamo così eccitati per questo
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that we realized that that small-size scale --
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che abbiamo capito che queste piccole dimensioni,
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and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
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dove tutto diventa adesivo e la gravità non conta più,
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we needed to look at ants and their feet, because
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ci portavano a guardare alle formiche e alle loro dita, perché
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one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
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uno dei miei altri colleghi a Berkeley ha costruito un robot in silicone
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robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
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di sei millimetri con zampe, ma rimane bloccato, non si muove molto bene.
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But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
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Ma le formiche sono in grado di farlo e noi capiremo come, così che alla fine
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we'll make this move. And imagine: you're going to be able
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lo faremo muovere. Immaginate, sarà possibile
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to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
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avere sciami di questi robot di sei millimetri che corrono in giro.
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Where's this going? I think you can see it already.
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Dove andrà a finire? Penso che lo abbiate già capito.
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Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
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Chiaramente Internet ha già occhi ed orecchie,
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you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
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avete webcam e altro. Ma arriverà ad avere anche gambe e mani.
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You're going to be able to do programmable
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Sarete in grado di programmare
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work through these kinds of robots, so that you can run,
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il vostro lavoro tramite questo tipo di robot, così che sarete liberi di andare a correre,
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fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
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volare e nuotare ovunque. Abbiamo visto David Kelly all'inizio con il suo pesce.
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So, in conclusion, I think the message is clear.
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Quindi, in conclusione, penso che il messaggio sia chiaro.
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If you need a message, if nature's not enough, if you care about
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Se vi serve una morale, se la natura non è abbastanza, se vi interessa
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search and rescue, or mine clearance, or medicine,
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cercare e salvare persone, o ripulire un campo minato, o curare,
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or the various things we're working on, we must preserve
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o qualsiasi altra cosa su cui stiamo lavorando, dobbiami capire che dobbiamo
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nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
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preservare i progetti creati dalla natura, altrimenti questi segreti andranno persi per sempre.
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Thank you.
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Grazie.
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(Applause)
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(Applausi)
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