TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
ロバート・フル 動物の動きについて
Filmed:
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生物学者ロバート・フルが面白い動物のスローモーションを見せてくれます。ゴキブリが網を駆け抜けていくのに使うトゲやヤモリが壁を登るのに使っているナノテクが詰め込まれた足を近くで観察してみよう。
Robert Full - Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
I want you to imagine that you're a student in my lab.
0
0
5000
私の研究室の学生だと思ってください
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
あなた方への課題は生物規範デザインです
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
課題のテーマは
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
パラメトリックな3次元動的接触モデルの作成です
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
普通の言葉で言うと、足を作るのを手伝って欲しいということになります
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
これは本当に難しいことで、本当に手伝って欲しいと思っています
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
当然賞も用意してあります
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
TED賞程のものではなく、うちの研究室のオリジナルTシャツです
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
是非足を作るアイデアを送って下さい
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
足をデザインするために必要なことを挙げてみましょう
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
まず、足とはどういうものか知る必要があります
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
辞書でfootの訳を見ると「足首から下の部分、
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
歩み、最下部」と書いてあります
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
これは従来ある定義です
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
しかし、これでは研究したことになりません
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
文献で足について何が知られているか調査する必要があります
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
なので文献を実際に見てみましょう(笑)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
文献を見ていてもう御存じかもしれませんが
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
問題は、足の種類がものすごく沢山あることです
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
ではどうするか
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
足の種類をすべて洗い出し、どういった原則で機能しているのか調査する必要があります
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
次の映像を見ながらどんな原則があるかとか
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
どのような実験をすることによって
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
足の機能を見出していくか
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
考えてみてください
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
何か共通のテーマありましたか？原則は？
01:46
What would you do?
26
94000
3000
どうしますか？
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
どんな実験をしますか？
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
すごい
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
動物運動学の研究を通して
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
青写真を描くことが出来ました
03:42
It's a design inspired by nature, but it's not a copy of any specific foot you just looked at,
31
210000
6000
これは自然に習った設計で今さっき見たような足をただ模倣したものでもありません
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
いろいろな種類の足の秘密を組み合わせたものです
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
動物は大体どこにでも行くことが出来ます
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
先ほど見たように接触の確率、表面そのものの不安定さ
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
足の置き場の安定さがどのように変化しても
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
その表面を動き回ることができる
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
もし足の働きを研究するとなると
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
このように多様な表面もしくは表面に落ちている砂利などをシミュレーションする必要があります
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
実際に行った実験はこれです
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
適当な動物、ここではこのクサグモですが
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
接触表面を99%排除した表面を走らせました
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
それでもほとんど影響なし
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
人の大きさにしたら時速300マイルで走行していることになります
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
どうやっているのでしょう？もっと注意してみてください
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
速度を50分の１に落とすとと足がシミュレーションされた砂利をどのように利用しているか見えてきます
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
地面に触れているのは
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
足先というより脚全体が地面と
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
接触していることに気づいていると思います
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
歩行用の地面接触機能が脚全体に分布しています
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
ゴキブリでも実験することが出来ます。足から一節
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
もいで見ることが出来ます
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
今ゴキブリを回しているのでゴキブリの足を見てみてください
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
一節もぐとどうなるか？それでも速度が変わらない
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
節が一つなくても影響がないんです
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
ゴキブリの足の節は生え換わるので心配ないです
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
ではどうやっているのか？
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
よく見てください。100分の1に減速しています
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
残った足をどう使っているか？
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
同じように脚全体を使っています
05:17
very effective.
60
305000
2000
超効果的
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
次の疑問は足全体への機能分散がどれくらい一般的なことなのか
05:24
And the next behavior I'll show you of this animal just stunned us the first time that we saw it.
62
312000
9000
次に見せる動物には度肝を抜かれました
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
ジャーナリストのみなさん、これはオフレコでお願いします
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
見てみてください
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
転がっているココナツに化けた2足歩行のタコです
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
発見者はクリスティーナ・ハッファードで
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
撮ったのはシースタジオで、場所はここ、モントレーです
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
他にも2足歩行のタコが見つかっています
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
これは海藻に化けた時のものです
06:04
It walks on two legs and it holds the other arms up in the air so that it can't be seen.
70
352000
5000
2足で歩きながら他の足を高く上げてカモフラージュしています
06:09
(Applause)
71
357000
1000
（拍手）
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
不整地を乗り越える時の足の動かし方を見てください
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
足全体をうまく使っているため、まるで障害物がないかのようです
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
本当に素晴らしい
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
エッシャーは恐らく全くの架空の動物を描いたつもりで1951年にこの絵を描きました。
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
芸術は命を模倣するとでもいいましょうか
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
300万年前に大自然は次の動物を進化させていました
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
エビと似たようなシャコという動物です
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
このようにパナマの浜辺を動き回ります
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
転がって坂も登れるのです
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
足の機能が分散した究極の例とも言え、体全体が足の代わりになっています
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
我々の設計図に最初に加える重要な機能は
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
接地し得る点を足だけではなく
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
脚全体にそして体にも
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
分散させるということです
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
これで新しいロボットの設計することが出来るでしょうか？
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
素晴らしいエンジニアが過去数年かけて
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
RHexと呼ばれる次の生物規範ロボットを作りました
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
RHexの足は最初はかなり単純な形でした
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
時間とともにチューニングされ、ついに半円形になりました
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
理由はビデオを見れば分かります
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
難しい不整地を歩くために足全体をどう使っているか見てください
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
半円全体を足として使っているのが分かりますか
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
この障害物を乗り越える時も
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
ここに落ちている障害物も
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
検知する必要はなく制御は足の形そのものによって実現されています
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
シンプルかつ洗練されて美しい
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
不整地を走りぬいていく動物を見た時
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
他にも気付いた点はないですか？
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
アシスタントに手伝ってもらいましょう
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
ゴキブリの足を触った時...マイクお願いします
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
ゴキブリの足を触った時どんな感触だった？
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
なにか気付いたことある？
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
少年： とげがある
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
そうトゲがあるんだ たくさんあるでしょう？痛いよね
08:22
Maybe we could give it to our curator and see if he'd be brave enough to touch the cockroach.
106
490000
6000
キュレータさんに渡してみてゴキブリを触る勇気があるかどうか見てみましょう
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(笑)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
クリス・アンダーソン: 触ったことがあるんですか？
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
これをよく見るととげが付いていることが分かります
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
数週間前まではそのトゲの役割を誰も知りませんでした
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
トゲの役割は外敵から守るとか感覚器官だと思われていました
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
他の役割を解明することが出来ました。。これはトゲの一部を拡大したものです
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
ある方向に対してはやわらかくなっていて
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
足を引き上げやすくなっています
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
別な方向から押すと固くなっていて表面の凹凸を捉えられます
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
カニは普段砂の上を動くので足を踏み外すことはありません
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
研究室につれてこられるまでは
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
このような網で苦労することになります
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
トゲを持っていないからです
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
カニはトゲを持たないからこのような表面を通過することができません
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
人工的にこのトゲを作って
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
何とかしてあげることが出来ます
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
踏み込む時に障害物をとらえ
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
引き出す時には簡単に抜けるようにします
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
このようなトゲを足にくっつけて
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
カニに試してもらいました
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
この考え方は正しかったでしょうか？正解でした
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
20分の1のスピードに落した動画ですが、カニは障害物をもろともしません
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
（笑）（拍手）
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
自然から一歩前進しました
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
設計図には特殊なトゲを追加します
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
これでクライミングの得意なロボットを作れますでしょうか？
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
再びRHexです。なめらかなレールをを乗り越えっるのに苦労しています
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
トゲの出番です。私の同僚のダン・コディシェックが
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
ペンシルバニア大学で足に釘をつけてみました
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
今度のRHexは問題なくレールを乗り越えていきます
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
どうやっているのでしょうか
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
動画の速度を落として様子をみましょう
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
足が踏み込もうとする時にトゲでレールをとらえているのが分かります
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
以前は滑るだけで障害物をとらえることができませんでした
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
もう一回見ましょう。成功です
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
足の機能を分散させてトゲを追加したからといって
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
垂直な壁が登られるわけではありません
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
非常に難しいことです
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
でもこの動物はいとも簡単にやっています
10:30
One of the ones I'm passing around is climbing up this vertical surface that's a smooth metal plate.
146
618000
6000
今まわしている動物がまさになめらかな金属でできた壁を登っています
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
スピードには驚くばかりですが
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
動画の速度を下げると驚く光景を目にします
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
秘密を解き明かすと、滑ったりしながら
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
決して美しいとはいえないような登り方をしています
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
まるで泳いでいるかのようにこの平面を登っていきます
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
実際にモデリングしてみると液体中の動きがもっとも合致します
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
分散された足の機能はパドルのような役割を果たしています
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
このトカゲが流砂の上を走る時もそうです
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
足を見てください
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
普通固体だと思うよるな表面でも
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
まるでパドルのような役割を果たしています
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
以前私のところにいた学生が
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
トカゲの水上歩行の研究でも似たような発見をしました
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
これでよりよいロボットを作れるでしょうか？
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
ボストンダイナミクスのマーチン・ビューラーは
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
このアイデアを使ってAqua RHexへと進化させました
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
これがパドルを付けたRHexで
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
かなり泳ぎのうまいロボットになっています
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
荒れた面の場合、動物は爪を使うようになります
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
手に取った時爪を感じることが出来たと思います
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
触りましたか？
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
CA: 触りました
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
動物は爪をかなり巧みに使います
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
一緒に研究しているスタンフォード大学のマーク・クトウスキーさんはかなりすごいエンジニアで
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
形状デポジション製法という製造方法を編み出しました
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
この製造方法で直接人工的な足に爪を埋め込むことができます
12:06
And here's the simple version of a foot for a new robot that I'll show you in a bit.
173
714000
5000
これから見せる新しいロボットの初期のバージョンが足がこれです
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
プロトタイプの青写真に爪も付けておきましょう
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
動物はどんな表面でも歩いて行けるような工夫をしています
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
工夫をしています
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
爪、トゲ、髪、肉球、糊、毛細現象による接着など
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
いろいろな要素を組み合わせて使います
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
これらは全て別々の虫から取ってきたものです
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
アリが垂直な面を登っています
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
近づいて見てみましょう
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
アリの足です。髪と爪そしてこの変なものが見られます
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
これは足が空中にある時です
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
足が食べようとしているサンドイッチに乗っかる時
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
こうなります
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
糊の付いている肉球みたいなものが出てきます
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
下から見てみましょう
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
爪が引っ掛からない時にはあの肉球みたいなものが自動的に
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
飛び出します
12:58
And this was a hard shot to get -- I think this is the shot of the ant foot on the superstrings.
190
766000
5000
撮影の難しかったアリがひもを登っているところです
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
大変でしたが
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
近くで見ると、
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
こうやって糊が出てきます
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
この糊は面白い特性を持つ二相混合体だということが分かってきました
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
アリをくっつけるのに十分な保持力がありますね
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
青写真に糊の付いている肉球を追加します
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
なめらかな表面ではこれで十分そうですが
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
もっといいものがありました
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
ヤモリは自然界で使われているナノテクのよい例です
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
これが足で
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
地球上のものとは思えないような形をしていますが，くっついていられる理由は
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
毛むくじゃらな足の指です
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
ヤモリは秒速1メートルで壁を登り
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
その1秒の間に30歩進みます。目にも止まらぬ速さです
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
動画をゆっくり回すと8ミリ秒で足をくっつけ
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
16ミリ秒ではずします
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
はずし方を詳しく見るとかなり変です
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
セロテープを壁からはがしているかのようにはがしています
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
変ですよね。どうやってくっついているのでしょう？
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
足を見るとlinalaeという葉っぱのような構造を持っており
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
毛だらけです
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
毛先をみるとすごい枝毛になっています
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
一本の毛が何百や何千にも枝分かれしてます
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
これが密着するための秘密です
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
ヤモリ一匹が何億もの200nm大の枝毛を持っています
14:22
And they don't stick by glue, or they don't work like Velcro, or they don't work with suction.
216
850000
5000
糊や磁力もしくはマジックテープのような原理でくっつくのではなく
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
分子間力でくっつきます
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
青写真に枝毛を追加しす
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
うれしいことに自己洗浄機能を持つ乾式接着剤の
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
特許の取得に成功しました
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
これが自然界のもっともシンプルなサンプル
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
こちらが共同研究者ロン・フェアリングの
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
人工的なポリウレタン製の試作です
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
初めて負荷をかけてみた時の映像です
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
様々な分野から興味を持たれています
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
用途はいくらでも思いつくと思われるし
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
思いついた人たちも多く、製品化に向けて興奮しています
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
いろいろな製品を想像してみました。例えばこれ
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
生物規範の絆創膏。絆創膏の糊をはいで
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
毛の生え換わっているヤモリの毛を
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
3牧くっつけてみました
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
これは大学生のボランティアです
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
学生が3万人もいるので、選択肢が豊富なんです
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
あれは赤いペンで付けた印なのですが
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
しっかりと絆創膏の機能を果たしてしています
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
空気の循環もよく、簡単にはがすこともでき、皮膚も荒らさず、水中使用も可
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
最初はただどうやって登っているのか知りたかっただけだった
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
好奇心で始めた研究から、思いがけない
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
産物が生み出されたよい例です
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
好奇心で始める研究に予算を出すよい理由でもあります
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
絆創膏をはがしているところです
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
足とは何か定義し直しましたが
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
問題は自然界から学んだことを応用し
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
よりよい足のデザインが出来るようになったかどうかです
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
新しいプロジェクトとして、
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
世界初の磁石や吸盤を使わずに限定された環境を
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
登ることのできるレスキューロボットを作りました
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
有能な生物学者と工学者で構成された開発チームがこのRiSEを開発しています
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
RiSEはよじ登る環境向けロボットという意味です
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
これです
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
六足ロボットでしっぽを持っています。塀や木
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
そして初めての坂に挑戦しているところです
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
音出ますか？登っている動作音も聞いてください
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
これは自分に向って壁を初めて登っているところです
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
ここで使っているのは最も構造の簡単な作りたての足です
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
力学はしっかり出来たと思っています
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
マーク・カトコスキーは一歩先にもって行こうとしています
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
形状デポジション製法で足を作っている人です
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
次のステップは地面の形状にならう足の指を作成して
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
爪やトゲを追加して乾式接着剤をくっつけることです
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
まずは1本足と足の指の形状を固めて
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
それで登れるか試してから、ロボットにくっつけてみます
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
彼はその通りに研究を進めました
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
彼は生物規範のクライミングロボットの足を作りました
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
これがカトコスキーと彼の学生らが作成したデザインです
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
調整済みの足の指が6本ついています
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
そして私が今まで話してきた青写真の原理にのっとっています
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
したがってこれは糊も空気の吸引も使っていません
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
ロボットにくっつければ原理の発見を
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
手伝ってくれた動物と同じように
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
どのような表面も登っていくことができるでしょう
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
スタンフォード大学にある建物の側面を登っているところです
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
映像は速めてありますが
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
ただ足が登っているようにしか見えないでしょう
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
くっついているところを見ましたか？
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
足のトゲ、吸着パッド、そして吸着パッドには分子間力で吸着する毛という構成で
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
凹凸のある難しい表面につかまることができています
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
20倍速の実験映像はこうなりました
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
上の階の人を救助しに登っていくことを想像することが出来ますか？
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
不可能ではなさそうですよね
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
難しいのは確かですが、研究は進んでいきます
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
自然界にある足を参考に足のデザインの秘密が導き出せました
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
制御は作業に適したパーツに役割を分担してもらうことを学びました
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
脳にすべてをやらせるのではなく
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
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上手く調整された脚や身体の形が制御するのです
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That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
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自然は統合された様々な局面に適応できる
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and they're integrated and beautifully robust.
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ハイブリッドな解を用意します
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And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
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3つ目として自然をただまねるだけではなく原理を導きだし発想を刺激し
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and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
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工学的に優れ、可能ならば自然に勝るポテンシャルを
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to make -- potentially -- something better than nature.
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持つ解を出すことを心がけるべきだと思っています
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So there's a clear message:
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メッセージははっきりとしています
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whether you care about a fundamental, basic research
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思いがけない動物の基礎研究をしていようと
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of really interesting, bizarre, wonderful animals,
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地震に よる災害現場でも活躍することのできる
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or you want to build a search-and-rescue robot
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レスキューロボットを作りたいのであろうと
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that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
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火事で人助けをしたいのでも、薬の研究をしていようと
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or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
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自然界のデザインを温存しなければなりません
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Otherwise these secrets will be lost forever.
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秘密を解く鍵が研究する前に消え去ってしまわないように
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Thank you.
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ご静聴ありがとうございます
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